REVISIÓN BIBLIOGRAFICA DE ASPECTOS GEOTÉCNICOS PARA …
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REVISIÓN BIBLIOGRAFICA DE ASPECTOS GEOTÉCNICOS PARA LA ESTRUCTURA DEL METRO QUE MEJOR SE ADAPTA A LA CIUDAD DE BOGOTÁ NATALIA PARRA SUAREZ UNIVERSIDAD DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERÍA DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA CIVIL Y AMBIENTAL BOGOTÁ – COLOMBIA 2017
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REVISIÓN BIBLIOGRAFICA DE ASPECTOS GEOTÉCNICOS PARA LA ESTRUCTURA DEL METRO
QUE MEJOR SE ADAPTA A LA CIUDAD DE BOGOTÁ
NATALIA PARRA SUAREZ
UNIVERSIDAD DE LOS ANDES
FACULTAD DE INGENIERÍA
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA CIVIL Y AMBIENTAL
BOGOTÁ – COLOMBIA
2017
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REVISIÓN BIBLIOGRAFICA DE ASPECTOS GEOTÉCNICOS PARA LA ESTRUCTURA DEL METRO
QUE MEJOR SE ADAPTA A LA CIUDAD DE BOGOTÁ
NATALIA PARRA SUAREZ
Trabajo de grado para optar por el título de
Ingeniera Civil
Director
Msc. JAIME WILLS SANÍN
UNIVERSIDAD DE LOS ANDES
FACULTAD DE
INGENIERÍA
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA CIVIL Y AMBIENTAL
BOGOTÁ – COLOMBIA
2017
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Tabla de contenido
1. RESUMEN ........................................................................................................................................... 6
2. INTRODUCCIÓN ................................................................................................................................ 7
3. OBJETIVOS ......................................................................................................................................... 8
3.1 OBJETIVO GENERAL ................................................................................................................ 8
3.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS ........................................................................................................ 8
4. ALCANCES DEL PROYECTO ........................................................................................................... 8
5. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ............................................................................................. 9
6. HISTORIA DEL METRO DE BOGOTÁ .......................................................................................... 10
6.1 ANTECEDENTES HISTÓRICOS ............................................................................................. 10
6.2 EL METRO EN LA ACTUALIDAD Y EN LOS MEDIOS ...................................................... 14
7. ASPECTOS GEOTÉCNICOS EN EL TRAZADO DEL METRO DE BOGOTÁ ............................ 17
7.1 LOCALIZACIÓN DEL PROYECTO ........................................................................................ 17
7.1.1 METRO SUBTERRÁNEO ................................................................................................. 18
7.1.2 METRO ELEVADO ........................................................................................................... 18
7.2 CONDICIONES GEOLÓGICAS ............................................................................................... 19
7.3 CONDICIONES GEOTÉCNICAS Y GEO MECÁNICAS ....................................................... 20
7.4 CONDICIONES HIDROLÓGICAS ........................................................................................... 21
7.5 CAMPAÑA DE EXPLORACIÓN GEOTÉCNICA ................................................................... 22
7.5.1 ENSAYOS REALIZADOS ................................................................................................ 22
7.6 RESPUESTA SÍSMICA EN LOS SUELOS DE BOGOTÁ .......................................................... 23
7.7 PROBLEMAS DE SUBSIDENCIA REGIONAL ...................................................................... 23
8. DESCRIPCIÓN DE LA PROPUESTA DEL METRO SUBTERRÁNEO ........................................ 26
8.1 CONSIDERACIONES GEOTÉCNICAS PARA LA SELECCIÓN DEL MÉTODO
CONSTRUCTIVO .................................................................................................................................. 26
8.2 EXCAVACIÓN CON MÁQUINA TUNELADORA DE ESCUDO EPB ................................. 28
8.3 EXCAVACIÓN CON MÉTODO CUT AND COVER .............................................................. 29
8.4 TRATAMIENTOS DEL TERRENO ......................................................................................... 30
8.5 TIPOLOGÍA DE ESTACIONES SUBTERRÁNEAS ............................................................... 30
9. DESCRIPCIÓN DE LA PROPUESTA DEL METRO ELEVADO .................................................. 32
9.1 CONSIDERACIONES GEOTÉCNICAS PARA LA SELECCIÓN DEL MÉTODO
CONSTRUCTIVO .................................................................................................................................. 32
4
9.2 TIPO DE CIMENTACIÓN SELECCIONADA ......................................................................... 32
10. EXPERIENCIAS EN LA CONSTRUCCIÓN DE SISTEMAS DE METRO .................................... 35
10.1 CASOS DE ESTUDIO ............................................................................................................... 35
a) Línea 12, metro Ciudad de México ............................................................................................. 35
b) Línea 9, metro de Barcelona ....................................................................................................... 38
c) Línea 1, Metro de Panamá .......................................................................................................... 40
d) Línea 4, Metro Rio de Janeiro ..................................................................................................... 42
11. ANÁLISIS DE LA REVISIÓN .......................................................................................................... 46
11.1 ¿POR QUÉ EL DISEÑO DEL PROYECTO DEL METRO SUBTERRÁNEO ES INVIABLE
COMO SE PLANTEÓ? .......................................................................................................................... 46
11.2 METRO SUBTERRANEO VS ELEVADO ............................................................................... 48
11. CONCLUSIONES .............................................................................................................................. 54
12. BIBLIOGRAFÍA ................................................................................................................................ 56
ANEXOS .................................................................................................................................................... 59
5
Índice de figuras FIGURA 1. TRAZADO DE LA PLMB DEL GRUPO SENER TMB (SENER, 2011) ............................................................ 13 FIGURA 2. METRO ELEVADO DE BOGOTÁ (SYSTRA, 2016) ......................................................................................... 14 FIGURA 3. LOCALIZACIÓN DE LAS ALTERNATIVAS PARA LA PLMB (GRÁFICO DEL AUTOR) ......................................... 18 FIGURA 4. TRAZADO DEL METRO SOBRE MAPA GEOLÓGICO DE BOGOTÁ (MAZO, S.F.) ................................................ 19 FIGURA 5. TRAZADO DEL METRO SOBRE MAPA DE ZONAS GEOTÉCNICAS DE BOGOTÁ (MAZO, S.F.) ............................ 20 FIGURA 6. DEFINICIÓN DEL TIPO DE TUNELADORA (ACTOS, 2013) ............................................................................. 26 FIGURA 7. MÉTODO DE EXCAVACIÓN PARA CADA TRAMO DE LA PLMB (GRÁFICO DEL AUTOR) ................................. 27 FIGURA 8. MAQUINA TUNELADORA DE ESCUDO EPB (LUNARDI, 2006) ....................................................................... 28 FIGURA 9. MÉTODO DE EXCAVACIÓN CUT AND COVER (SALAZAR, 2011) ................................................................... 30 FIGURA 10. CIMENTACIÓN PROFUNDA CON PILOTES PERFORADOS (SYSTRA ENTREGABLE 4, 2016) .......................... 33 FIGURA 11. CIMENTACIÓN PROFUNDA CON BARRETTES (SYSTRA ENTREGABLE 4, 2016) ......................................... 34 FIGURA 12. TIPOS DE ESTRUCTURA DE LA LÍNEA 12 DEL METRO DE CIUDAD DE MÉXICO (ICA, 2012) ........................ 36 FIGURA 13. IZQUIERDA. SECCIÓN TÍPICA DE TÚNEL DE LA LÍNEA 9 DEL METRO DE BARCELONA. DERECHA. SECCIÓN DE
TÚNEL EN ESTACIONES (GAIZKA ORMAZABAL, 2008) ......................................................................................... 38 FIGURA 14. SECCIÓN LONGITUDINAL DEL TRAMO SUBTERRÁNEO DEL METRO DE PANAMÁ (METRO DE PANAMÁ, 2016)
............................................................................................................................................................................ 40 FIGURA 15. IZQUIERDA. MAQUINA HIDROFRESADORA DERECHA. SECCIÓN TÍPICA DE CAJÓN ESTACIÓN METRO DE
PANAMÁ (METRO DE PANAMÁ, 2016) ................................................................................................................. 41 FIGURA 16. ZONA DE TRANSICIÓN ENTRE MACIZO ROCOSO Y ARENOSO (TEODORO, 2016) .......................................... 43 FIGURA 17. ENTRADA A LA ESTACIÓN JARDIM DE ALAH (TEODORO, 2016) ................................................................. 44 FIGURA 18. CARICATURA OPINIÓN PÚBLICA SOBRE LA PLMB (GRÁFICO DEL AUTOR) ................................................ 48 FIGURA 19. PREFERENCIA PARA EL TIPO DE ESTRUCTURA DE METRO ........................................................................... 51 FIGURA 20. LÍNEA DE TIEMPO DE LA PLMB ................................................................................................................. 69
Índice de tablas TABLA 1. RESUMEN DEL CONTEXTO HISTÓRICO DEL METRO DE BOGOTÁ ..................................................................... 16 TABLA 2. RESUMEN DE INVESTIGACIÓN GEOTÉCNICA PARA EL METRO DE BOGOTÁ ..................................................... 25 TABLA 3. CARACTERÍSTICAS GEOMÉTRICAS TÚNEL (CONSORCIO L1, S.F. ) .................................................................. 29 TABLA 4. TIPO DE ESTACIÓN SUBTERRÁNEA (BELTZ, 2014) ......................................................................................... 31 TABLA 5. CARACTERÍSTICAS DE ESTACIONES SUBTERRÁNEAS ..................................................................................... 31 TABLA 6. PRE DIMENSIONAMIENTO DE CIMENTACIÓN CON PILOTES (SYSTRA ENTREGABLE 4, 2016) ........................ 33 TABLA 7. PRE DIMENSIONAMIENTO DE CIMENTACIÓN CON PILOTES PANTALLA "BARRETTES" (SYSTRA ENTREGABLE
4, 2016) ............................................................................................................................................................... 33 TABLA 8. PROFUNDIDAD DE LA CIMENTACIÓN POR TRAMOS (SYSTRA ENTREGABLE 4, 2016) ................................... 34 TABLA 9. EVALUACIÓN TÉCNICA PARA LA SELECCIÓN DE LA SECCIÓN DEL TÚNEL (GAIZKA ORMAZABAL, 2008) ....... 39 TABLA 10. RESUMEN CASOS DE ESTUDIO LÍNEAS DE METRO INTERNACIONALES .......................................................... 45 TABLA 11. RECOMENDACIONES DEL DISEÑO DE UNA OBRA SUBTERRÁNEA POR LA OEGG .......................................... 46 TABLA 12. PERSONAS ENCUESTADAS FORO METRO DE BOGOTÁ .................................................................................. 51 TABLA 13. EVALUACIÓN DE PARÁMETROS PARA EL METRO DE BOGOTÁ ..................................................................... 52 TABLA 14. CONSIDERACIONES PARA CADA TIPO DE ESTRUCTURA DEL METRO ............................................................. 59 TABLA 15. DISTRIBUCIÓN POR ESTRUCTURA SOBRE EL TRAZADO DEL METRO SUBTERRÁNEO ..................................... 66 TABLA 16. PRESUPUESTO PARA PLM SUBTERRÁNEO ................................................................................................... 68
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1. RESUMEN
El presente documento es una revisión bibliográfica en la que se presentan las alternativas,
consideraciones y recomendaciones de ingenieros, diseñadores, grupos de investigación y
empresas, acerca del tipo de estructura para el metro que mejor se adapta a la ciudad de Bogotá.
El análisis se divide y se enfoca en tres grandes temas: El primero considera el contexto histórico
del proyecto y las razones por las cuales no se ha llevado a cabo; el segundo aspecto considera los
detalles de la caracterización geotécnica del suelo que conforma el trazado de la primera línea del
metro y el tercero resalta las recomendaciones que proponen los expertos en el área de ingeniería
civil y lecciones aprendidas en la construcción de líneas férreas en otras ciudades en el mundo. En
esta revisión se resaltan los puntos importantes que se deben considerar en las distintas alternativas
para el diseño del metro de Bogotá y se confrontan dos de las propuestas más relevantes que se
han desarrollado: la propuesta de línea de metro con excavación subterránea y la propuesta de línea
con estructura elevada. Con esta información se tiene el propósito de que el lector utilice las
herramientas presentadas para entender el contexto del proyecto del metro de Bogotá y cree su
propio criterio a partir de ellas.
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2. INTRODUCCIÓN
El metro de Bogotá será uno de los proyectos más importantes de infraestructura en movilidad de
los próximos años en Colombia. Su objetivo es generar un escenario en el que se promueva la
competitividad de la ciudad frente al país y el mundo, por medio del diseño y construcción de un
sistema de transporte masivo más eficiente. Dada la magnitud del proyecto, este debe ser planeado
y ejecutado de la mejor manera posible, por lo cual es de suma importancia seguir las
recomendaciones que a nivel mundial se utilizan para formular y evaluar proyectos de este tipo;
especialmente en lo que tiene que ver con el impacto urbano, ambiental, los costos de construcción,
la operación y el mantenimiento.
Ahora bien, debido a que la construcción de un metro urbano requiere de una gran inversión, se
deberá proyectar una solución viable y sostenible a largo plazo, reduciendo las incertidumbres que
pongan en riesgo los fondos públicos de la nación y de la ciudad. Teniendo en cuenta que este
proyecto incide de manera importante, tanto en el entorno de la ciudad de Bogotá y sus municipios
vecinos, como en la economía de los mismos, las decisiones que se tomen deberán estar enfocadas
en mejorar la movilidad y el bienestar ciudadano. Asimismo, deberán minimizar el impacto
ambiental, ser sostenibles en el tiempo y deberán priorizar los aspectos técnicos. De acuerdo con
las anteriores consideraciones, esta revisión bibliográfica expone los detalles de diseño y las
recomendaciones de expertos para llevar a cabo esta importante obra
En un principio se explican las razones por las cuales no se ha concretado ninguna de las propuestas
para el metro seguido de los detalles técnicos para las propuestas del metro subterráneo y del metro
elevado. Consecutivamente, se exponen cuatro (4) casos de estudio seleccionados para
ejemplificar algunos retos de ingeniería vistos en la construcción de líneas de metro de otros países
y finalmente las consideraciones técnicas. Todo esto con el fin de que presentando de manera
imparcial las alternativas y recomendaciones de los expertos, el lector logre concluir bajo su propio
criterio cuál es la mejor estructura para el metro de Bogotá.
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3. OBJETIVOS
3.1 OBJETIVO GENERAL
El objetivo general de este documento es identificar parámetros para que el lector pueda determinar
desde el punto de vista geotécnico, cuál es el tipo de estructura de metro que más le conviene y
mejor se adecua a las condiciones de la ciudad de Bogotá.
3.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS
Reconocer las principales limitaciones geotécnicas de los suelos que componen el trazado
de la línea y parametrizar zonas críticas con condiciones geológicas, geotécnicas o
hidrológicas que impacten el diseño del metro.
Recopilar información acerca del diseño de las propuestas para el metro más relevantes de
los últimos años y comparar los beneficios y desventajas de construir una línea de metro
elevada o una subterránea.
Analizar información acerca de las recomendaciones de expertos y lecciones aprendidas
en la construcción de metros en el mundo.
Exponer los problemas geotécnicos que puede presentar una línea de metro subterránea o
una elevada.
Enunciar las alternativas que proponen expertos vinculados con el proyecto del metro de
Bogotá y los parámetros que consideran relevantes para seleccionar una alternativa.
4. ALCANCES DEL PROYECTO
La revisión bibliográfica fue realizada con base en la información disponible hasta la fecha del
proyecto metro de Bogotá. En ella se presentan principalmente los detalles para el diseño de dos
de las más reconocidas e importantes propuestas de los últimos años, de las que se dispone
información de los estudios de factibilidad para la alternativa del metro subterráneo y de los
estudios de pre-factibilidad para la alternativa del metro elevado. La información recopilada se
obtuvo a través de las siguientes fuentes:
Documentación pública oficial disponible en internet (página web del metro subterráneo
del Instituto de Desarrollo Urbano (en adelante IDU), página web del metro elevado del
gobierno “Actual empresa metro de Bogotá”).
Información presentada en eventos académicos relacionados con el proyecto del metro de
Bogotá u otro tipo de proyectos de estructuras similares (construcción de obras
subterráneas y viaductos).
Entrevistas personales con expertos vinculados con el proyecto del metro de Bogotá u otro
tipo de proyectos de estructuras similares (construcción de obras subterráneas y viaductos).
Información de libros, páginas web y guías internacionales relacionadas con la
construcción de metros, entre otras.
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Es importante resaltar que en la actualidad no se han realizado los estudios de suelos para la
aplicación del sistema de metro elevado, por lo tanto, los datos que se encuentran en esta
revisión acerca de esta propuesta muy seguramente tendrán modificaciones en las futuras
etapas del proyecto cuando se realicen los nuevos estudios.
5. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
La selección de la estructura que requiere un sistema de transporte masivo tipo metro amerita la
participación de expertos en el área de Ingeniería Civil para la definición y, por lo tanto, la
evaluación del cumplimiento de parámetros o requerimientos mínimos, que garanticen estándares
internacionales. Por lo general, la estructura que requiere un metro urbano involucra procesos que
ocurren dentro de escenarios potencialmente riesgosos. Por ende, exigen una gran responsabilidad
económica, social y ambiental.
En primer lugar, se sugiere al lector evaluar la similitud del trazado que han presentado todas las
empresas consultoras desde 1981 hasta el 2016, y observe que básicamente se ha estudiado la
misma línea durante 36 años. Por lo tanto, el trazado pudiera definirse rápidamente y dejar de ser
un punto de discusión, para centrar toda la atención en la selección del tipo de estructura para el
metro que mejor se adapta a la ciudad.
Teniendo en cuenta lo anterior, en esta revisión se buscó resaltar los principales aspectos
geotécnicos que expertos en el área de ingeniería civil consideran relevantes. Por otro lado, con
base en los casos de estudio, se buscó demostrar que, para todos los problemas geotécnicos que se
presentaron durante la construcción de metros en otras ciudades, se han desarrollado soluciones
técnicamente viables. En realidad, se considera que ninguno de los problemas que se presentan en
esta revisión, constituyen un verdadero reto para la ingeniería, incluso siendo este un proyecto para
el cual se tiene muy poca experiencia nacional.
Indiscutiblemente, los verdaderos problemas del proyecto del metro se deben prioritariamente a el
desconocimiento de los parámetros técnicos que demanda cada alternativa y a los intereses
políticos en los proyectos de contratación pública. Esto conlleva a que las decisiones referentes al
metro sean fácilmente manipuladas, al basar el criterio técnico en opiniones ligeras y sin sustento.
En consecuencia se induce a la polarización de ideas y como resultado a más subdesarrollo (Zárate,
2016).
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6. HISTORIA DEL METRO DE BOGOTÁ
6.1 ANTECEDENTES HISTÓRICOS
Desde el año 1942 se han formulado múltiples propuestas en torno a la construcción de un sistema
de transporte masivo tipo metro para Bogotá. A partir de esta fecha se han presentado un total de
25 propuestas y se han repetido numerosos estudios de modelos financieros, modelos de transporte,
estudios de suelos, entre otros, que han dado origen a diversas alternativas acerca de la mejor
opción para el diseño del metro que requiere la capital del país. En total se han invertido
$260.481.897.207 de pesos en estudios técnicos para un proyecto que a falta de voluntad política
no se ha concretado (Lozano, 2016).
A pesar de que, como mencionamos anteriormente hubo propuestas desde 1942, a continuación,
se presenta un breve recuento histórico y una línea de tiempo de los proyectos más relevantes (ver
Anexo 4). De esta manera, el lector podrá conocer parte del contexto y constatar la incidencia del
poder político sobre las decisiones técnicas que se han tomado a lo largo del tiempo para el
proyecto de la primera línea del metro de Bogotá.
a) Consorcio Sofretu - Ineco - CS, (1981)
En el año 1981 durante la presidencia de Julio Cesar Turbay y la alcaldía de Bogotá de Hernando
Duran Dussan, se presentó una propuesta a cargo del consorcio franco-español Sofretu-Ineco-CS,
actuales empresas consultoras SYSTRA e Ineco, del primer sistema tipo metro para Bogotá. El
proyecto presentado por el consorcio se enfocó principalmente en diseñar un sistema de transporte
masivo con una buena cobertura en la ciudad y con una alta capacidad para el transporte de
pasajeros. Por esta razón se esbozó un trazado que pasaría por las principales localidades de la
ciudad.
De acuerdo con el Instituto de Desarrollo Urbano, la red consistía en un trazado de 75,8 km de
longitud de tres (3) líneas de metro interurbano más 17 km de líneas periféricas. Se seleccionó una
estructura mixta distribuida: 15% en viaducto, es decir, estructura elevada, 32% subterránea entre
trinchera, también conocida como estructura con el método de excavación a cielo abierto y 53%
en superficie. La inversión total para las tres (3) líneas del metro se estimó en 2.956 MM USD
(IDU Producto 15, 2009, pág. 12).
A pesar de que el precio estimado era bajo, el proyecto no se llevó a cabo ya que en el año 1982
el metro de Bogotá entro a competir con el metro de Medellín y el presidente electo Belisario
Betancur, quien tenía la potestad de aprobar el aporte financiero de la nación, le dio prioridad al
proyecto antioqueño. Por ende, en diciembre de ese mismo año el gobierno nacional y el Consejo
Nacional de Política Económica y Social aprobaron el CONPES únicamente para el metro de
Medellín (Metro de Medellin, 2016).
b) Grupo italiano Intermetro- SPA, (1987-1990)
En el año 1987 durante el gobierno del presidente Virgilio Barco y el alcalde Andrés Pastrana, el
grupo italiano Intermetro – SPA propuso transformar los corredores férreos del tren de la ciudad
en dos (2) líneas de metro de 46 km de longitud. El principal beneficio de la propuesta era el ahorro
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en la inversión inicial, ya que no había necesidad de invertir en la construcción de infraestructura
completamente nueva, ni en la expropiación de predios.
El costo del tramo subterráneo de la propuesta anterior, motivo al grupo italiano a diseñar una
solución para la línea prioritaria con una estructura mixta de 23 km distribuida de la siguiente
manera: 51% a nivel, 46% en viaducto y 3% subterráneo entre trinchera. A pesar de los beneficios
de reutilizar la línea férrea y de reducir el trayecto subterráneo para disminuir los costos de la
inversión, la propuesta no se llevó a cabo por dos razones. En primer lugar, las especificaciones
técnicas eran insuficientes y la zona de cobertura no atendía la demanda esperada para que el metro
fuera sostenible. En segundo lugar, el bajo costo del presupuesto total generó desconfianza en los
promotores del proyecto y se descartó nuevamente la posibilidad de construir el metro (IDU
Producto 15, 2009, pág. 14).
Cabe resaltar que a partir de este año se transfirió la autoridad al alcalde de interferir en las
decisiones acerca de las características de los proyectos de movilidad de la ciudad. Esto último
resulta relevante, ya que desde esta fecha el alcalde está autorizado para tomar decisiones sobre la
correspondiente estructura del metro (Serrano, 2016).
c) Agencia de cooperación japonesa JICA, (1996)
En 1991 durante la presidencia de César Gaviria y la alcaldía de Jaime Castro, se solicitó a la
agencia de cooperación japonesa, JICA, asistencia en el desarrollo del plan maestro de transporte.
El estudio culmino en 1996 durante la alcaldía de Antanas Mockus. De acuerdo con la Secretaría
Distrital de Planeación, el Plan Maestro buscaba diseñar una red integral de transporte para la
ciudad que aportara al desarrollo del futuro de la capital. Por lo tanto, más allá de contemplar
aspectos técnicos para el trazado del metro, lo que JICA buscaba era reestructurar el sistema de
movilidad de la ciudad “contemplando varios modos (troncales, transporte colectivo, modos
férreos) que se desarrollarían de acuerdo con el crecimiento de la demanda de viajes, así como
propuestas de mejoramiento de la fluidez del transporte privado y a administración del tráfico”
(SDP, 2008, pág. 3).
El trazado propuesto para la primera línea del metro de Bogotá (en adelante PLMB) consistía en
una única línea de 32 km orientada de sur a norte. La construcción iniciaría en el año 2006 y la red
entraría a operar en el año 2016. De forma paralela y para complementar la cobertura de la futura
red del metro, se abordó el Estudio del Sistema Integrado de Transporte Masivo (en adelante
SITM). Pese a los estudios realizados, el proyecto no se llevó a cabo debido a que en el Plan de
Ordenamiento Territorial (en adelante POT) de 1997 no se adoptaron varias de las
recomendaciones que proponía JICA. Por lo tanto, cuando Antanas Mockus renuncio a la alcaldía
de la capital y fue remplazado por Paul Bromberg, quien había iniciado un plan de estudios para
la financiación del plan del SITM y la PLMB, únicamente se promulgo el desarrollo de los diseños
para el SITM que continuaría el siguiente alcalde Enrique Peñalosa durante su mandato.
d) Consorcio SYSTRA- BECHTEL- INGETEC, (1997)
En 1996 se modificó la Ley 86 de 1989 para convertirla en la Ley 310 de 1996, también conocida
como “Ley de Metros”. En esta ley se especifica que el Gobierno nacional se compromete a
12
financiar hasta el 70% de los proyectos de metro en el país y la ciudad correspondiente se encarga
del 30% restante. En otras palabras, deberá existir un acuerdo entre el presidente de la nación y el
alcalde de la ciudad para que se apruebe la financiación del metro.
A raíz de esto, en 1998 se firmó un acuerdo de voluntades (Acuerdo de Monserrate) entre el
presidente Ernesto Samper y el alcalde Enrique Peñalosa, en el que se comprometían a financiar
la primera línea del metro de Bogotá. La propuesta constaba de 3 líneas con una extensión total de
78,8 km integrada por una línea prioritaria de 29,34 km y 23 estaciones. El trazado de la PLMB
era muy similar al propuesto en 1981, se distribuía en una estructura: 74% en viaducto, 22,5%
subterránea y 3,5% en superficie.
Con el fin de mitigar los riesgos técnicos que podían ocurrir durante la construcción del tramo
subterráneo, también se propuso estudiar la posibilidad de construir la línea totalmente elevada o
superficial. Adicionalmente, el consorcio encargado S-B-I recomendó que la propuesta del metro
se debería fusionar con un servicio de transporte masivo tipo Bus Rapid Transit (en adelante BRT),
que tuviera una tarifa integrada con el metro para aumentar la demanda de pasajeros (DNP
Departamento Nacional de Planeación , 1998).
Sin embargo, debido a que en 1998 el país entro en recesión por el endeudamiento público y
privado de la nación, el gobierno tuvo que asumir del costo de la crisis y, por lo tanto, únicamente
se implementó el sistema BRT como solución de corto a mediano plazo. En adición, conforme a
la entrevista realizada al ingeniero Héctor Salazar (asesor del metro en 1998 para el alcalde Enrique
Peñalosa), ese mismo año Andrés Pastrana fue electo como presidente de la república y al
posesionarse no accedió a otorgar el aporte del gobierno nacional, ya que existían desacuerdos
políticos entre él y el alcalde. Bajo aquel panorama y debido a la urgencia de construir un sistema
de transporte masivo para la ciudad que ya contaba con 6 millones de habitantes, se implementó
el actual sistema de transporte masivo, Transmilenio, del cual ya se tenían los diseños desde la
administración anterior.
e) Grupo consultor Sener TMB, (2010)
En el año 2010 durante la presidencia de Álvaro Uribe y la alcaldía de Samuel Moreno, se llevó a
cabo uno de los estudios con mayor detalle técnico a cargo del grupo consultor Sener Transporte
Metropolitano de Barcelona (TMB). La propuesta se denominó: “Diseño conceptual de la red de
transporte masivo metro y diseño operacional, dimensionamiento legal y financiero de la primera
línea de metro, en el marco del Sistema Integrado de Transporte Público (SITP) para la ciudad
de Bogotá”. La PLMB se proyectó con una extensión total de 28,7 km de longitud configurados
de la siguiente manera: 63% en túnel y falso túnel, es decir, construcción con el método de Cut
and Cover, 13% en superficie, 2% en viaducto y 22% en desmonte y terraplén que, en otras
palabras, significa subir o bajar la cota del terreno removiendo el suelo o añadiendo un relleno.
Entre los aspectos de ingeniería del proyecto se dieron a conocer detalles del trazado ferroviario,
especificaciones sobre el material rodante, diseño geométrico de las vías, descripción de las
interferencias con redes de servicios públicos, esquemas arquitectónicos, entre otros documentos.
En caso de que el lector desee consultar los diagnósticos, notas técnicas y evaluaciones de las
alternativas realizadas por Sener, los documentos se encuentran públicos con el nombre
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mencionado anteriormente en la página web del IDU y en la página web oficial del gobierno
distrital del metro de Bogotá.
A pesar del avance en los estudios, los diseños presentaban varias inconsistencias que perjudicaron
el desarrollo del metro. Entre ellas se resalta un mal diseño geométrico de la curva entre las
estaciones av. 68 y San Victorino (observar parte superior derecha de la Figura 1), que implicaba
un rediseño parcial del trazado. En consecuencia no solo había que modificar la vía para que
cumpliera con el radio mínimo de curvatura requerido para la velocidad de diseño (90 km/h), sino
que además había que repetir estudios en otras áreas (Consorcio L1, 2014).
Adicionalmente, al igual que en las propuestas anteriores la no concordancia entre la alcaldía y la
presidencia, impidió que se concretara el proyecto del metro. En este caso la ciudad no tenía los
fondos para pagar el proyecto, dado que el alcalde Samuel Moreno fue participe de uno de los
mayores escándalos de corrupción y gasto público de la capital. Por ende, la nación no se
comprometió a firmar ningún acuerdo con esta administración.
Figura 1. Trazado de la PLMB del grupo SENER TMB (SENER, 2011)
f) Consorcio colombo- español L1 EUROESTUDIOS, IDOM y Cano Jiménez, (2014)
En el año 2014, durante la presidencia de Juan Manuel Santos, el alcalde Gustavo Petro junto con
el consorcio colombo-español L1 EUROESTUDIOS, IDOM y Cano Jiménez (en adelante
Consorcio L1), presentaron una propuesta de un metro 100% subterráneo compuesto por 27 km
de longitud y 27 estaciones. El consorcio llevo a cabo un estudio denominado “Diseños de
ingeniería Básica Avanzada de la primera línea del metro de Bogotá”, el cual consistía en mejorar
y adaptar el trazado propuesto por Sener para la construcción de un túnel a lo largo de toda la línea
del metro. El presupuesto total se estimó en 15 billones de pesos de los cuales los costos más
representativos se atribuían en primer lugar al costo de las estaciones (39,5%), luego al costo de la
línea (24,1%) y finalmente al material rodante (10,3%) (Ver anexo No. 3). La duración del
proyecto se estimó en 5 años iniciando en el año 2016 y finalizando en el 2021 (Veeduría Distrital,
2015, pág. 13).
14
Entre los aspectos más relevantes de la investigación se destacó el estudio de suelos, cuyo nivel de
detalle alcanzo la fase III de diseño. La fase o etapa de los proyectos de construcción es importante
para formular o evaluar proyectos de inversión pública, ya que permite conocer la maduración y
grado de exactitud de las estimaciones de un proyecto. Específicamente en el área de geotecnia, la
fase representa el grado de detalle del modelo geotécnico. Este último, contiene información
referente a las condiciones del subsuelo, necesaria para definir las características de cualquier
elemento de la estructura que interactúe con el suelo. A medida que se adquiere un mayor
conocimiento en cada una de las etapas acerca de la composición del subsuelo y de las
especificaciones del proyecto, el nivel de confiabilidad de los datos aumenta hasta alcanzar un
grado de certeza entre el 70% y el 90%, característico de la fase III. (INVIAS, 2015)
A razón del requisito que puso el IDU de no sobreponer el trazado del metro por ninguna vía donde
existiera Transmilenio, el consorcio tuvo que diseñar una estructura con un método de
construcción poco eficiente, que se explicará a mayor detalle más adelante. En general, el gobierno
fue muy exigente con las obligaciones que debía cumplir el alcalde Gustavo Petro para obtener los
fondos de la nación. A pesar de esto, en el 2014 se concretaron los diseños y ese mismo año el
director del IDU, William Camargo, anuncio que la construcción del metro iniciaría en el 2016.
Sin embargo, el proyecto se canceló en el 2015 a razón de la caída del precio del petróleo, que hizo
que el peso colombiano se devaluara y que el presupuesto del metro se elevara. Consecuentemente
el gobierno nacional opto por no firmar el CONPES que haría efectivo el cheque que el presidente
Santos le había entregado a Petro para construir la PLMB.
6.2 EL METRO EN LA ACTUALIDAD Y EN LOS MEDIOS
Figura 2. Metro elevado de Bogotá (SYSTRA, 2016)
Actualmente el gobierno nacional y el gobierno distrital, en dirección del presidente Juan Manuel
Santos y el alcalde Enrique Peñalosa, nombraron a la consultora francesa SYSTRA para evaluar
la alternativa de construir un metro 100% elevado (ver Figura 2). La propuesta original comprende
30,58 km de longitud, de los cuales en este momento se está estudiando la construcción de las
fases 1 y 2, es decir, 25,29 km y 15 estaciones, iniciando la construcción en el año 2018 y
finalizando en el 2022 (Empresa Metro de Bogotá S.A. , 2016).
15
A pesar de que los estudios de SYSTRA se encuentran en fase de pre-factibilidad, dos etapas antes
de alcanzar la Fase III de diseño, en enero del 2017 el gobierno nacional aprobó el CONPES que
incluye tres (3) proyectos de transporte: (i) La troncal de Transmilenio en Soacha, (ii) el Regiotram
y (iii) el metro de Bogotá. De los fondos asignados por la Financiera de Desarrollo Nacional (en
adelante FDN), el distrito se compromete a pagar 4,13 billones correspondientes al 30% y el
gobierno nacional se compromete a pagar el 70% restante correspondiente a 9,65 billones, con la
condición de que bajo ninguna circunstancia va a pagar sobrecostos de cualquiera de los proyectos.
En todo caso, la firma de este CONPES aún no garantiza que la nación entregará los fondos, ya
que primero se deberán cumplir los 10 requisitos técnicos del CONPES 3677 de 2010. Entre ellos
siguen pendientes los siguientes documentos (Lozano, 2016):
1. Modelo operacional
2. Modelo de costos e ingresos
3. Evaluación Económica y Análisis Costo Beneficio
4. Modelo de remuneración
5. Modelo financiero para los componentes elegibles para financiación de la Nación
6. Estado del sistema integrado de transporte público de la Región Capital
7. Análisis sobre la necesidad de implementación del proyecto dentro de un cronograma de
tiempo
8. Determinación de los riesgos de los componentes elegibles del proyecto y formalizar
mecanismos de coordinación entre las entidades de orden local de planificación urbana y
territorial
Por otro lado, en las redes sociales se observa una gran polémica en la que se discute y se cuestiona
la intención del alcalde, ya que, en años anteriores Enrique Peñalosa había estado en contra de la
construcción del metro. Incluso durante su campaña política el alcalde reitero múltiples veces las
desventajas de construir el metro e insistió en que la mejor solución para la movilidad de Bogotá
la ofrece el sistema de BRT.
Tabla 1. Resumen del contexto histórico del metro de Bogotá
17
7. ASPECTOS GEOTÉCNICOS EN EL TRAZADO DEL METRO DE BOGOTÁ
Para llevar a cabo el proyecto del metro, bien sea eligiendo la alternativa subterránea o elevada,
en primer lugar, es muy importante conocer a detalle las características del terreno por donde
pasará el trazado en sus condiciones de equilibrio natural. Por ende, es necesario recolectar la
mayor cantidad de información acerca de la geología, estratigrafía, hidrología y comportamiento
geo mecánico del suelo.
A continuación, se debe evaluar el comportamiento de los materiales ante las fuerzas sísmicas,
ante el efecto del cambio de las condiciones de carga, el efecto del nivel freático y la influencia de
los agentes naturales. Lo anterior con el fin, de alterar los estados tensoriales del suelo de forma
mínima durante la excavación, obtener información acerca de la vida útil de la estructura y para
conocer el nivel de afección de estructuras vecinas. Asimismo, se debe evaluar el comportamiento
de la estructura por la interacción dinámica sismo-suelo- estructura (en adelante IDSE), para
garantizar la estabilidad de la obra en el corto y largo plazo (ACTOS, 2013).
Siendo esta etapa indispensable para el desarrollo de la construcción y la clave para predecir la
respuesta del suelo ante los cambios de equilibrio, es primordial disponer de un tiempo prudente
para analizar los resultados de los ensayos realizados y no tomar decisiones aceleradas. El diseño
final y las dimensiones de las estructuras de soporte requeridas, se deberán concretar una vez el
diagnóstico del estudio de suelos haya finalizado. Sin embargo, es importante que el diseño sea
flexible y se pueda modificar a lo largo de la construcción, debido a que es muy probable encontrar
zonas de riesgo geológico que no se hayan percibido durante la exploración geotécnica. El
desconocimiento de la columna estratigráfica incurre fundamentalmente en el diseño de la
estructura, ya que un cambio abrupto en la estratigrafía del suelo, puede significar el rediseño
parcial o incluso total del trazado y por lo tanto la reprogramación de la obra.
Sin embargo, es posible mitigar los riesgos geotécnicos. Tal como se sostuvo en el foro sobre el
metro de Bogotá realizado en el año 2016, “La experiencia mundial en la construcción de Metros
urbanos ha demostrado que la realización de una buena y completa investigación geotécnica,
utilizando metodologías claras y rigor científico y evaluando los resultados en los tiempos
correctos, reduce de manera sustancial los riesgos de construcción y por ende los costos del
proyecto” (ACTOS, 2016).
7.1 LOCALIZACIÓN DEL PROYECTO
A continuación, se presenta la ubicación del trazado de las dos últimas propuestas presentadas para
el diseño de la PLMB. La línea naranja corresponde al primer tramo del trazado de ambas
alternativas. La línea verde corresponde a la continuación del trazado del metro subterráneo y la
línea azul corresponde a la continuación del trazado de la propuesta del metro elevado.
Adicionalmente se presenta la ubicación de cada una de las estaciones para cada propuesta. Las
estaciones marcadas en color naranja al igual que el trazado son iguales en ambas propuestas, las
demás estaciones tienen el mismo color asociado al trazado de cada propuesta.
18
Figura 3. Localización de las alternativas para la PLMB (Gráfico del autor)
7.1.1 METRO SUBTERRÁNEO
El proyecto propuesto por el Consorcio L1 se integra por una línea de 27 km completamente
subterránea con 27 estaciones. Dispone de 4 tramos con una longitud total de 6.667, 7.329, 6.166
y 6.902 metros respectivamente.
Tramo 1: Empieza en el Portal de las Américas y llega a la Avenida Primera de Mayo con
Avenida 68.
Tramo 2: Continua por la Avenida Norte Quito Sur y finaliza en la carrera 10 entre las
calles 12 y 13.
Tramo 3: Sigue por la carrera 13, llega a la Plaza Lourdes y finaliza en la carrera 11.
Tramo 4: Inicia en la carrera 11 y continua por la carrera 9 hasta llegar a la Estación de la
calle 127 donde finaliza el trazado.
7.1.2 METRO ELEVADO
El proyecto presentado por SYSTRA, se integra por una línea de 24 km completamente elevada
con 15 estaciones para las fases 1 y 2. Actualmente, se está estudiando la construcción de las fases
1 y 2 del metro.
Fase 1: Inicia en el Portal las Américas y va a lo largo de la avenida Primera de Mayo hasta
llegar a la avenida Caracas con calle primera.
19
Fase 2: Continua por la Avenida Caracas hasta llegar a la calle 72, sobre el mismo trazado
del actual sistema de transporte, Transmilenio.
Fase 3: Sigue por la Autopista Norte hasta llegar a la calle 127 donde finaliza el trazado.
7.2 CONDICIONES GEOLÓGICAS
Figura 4. Trazado del metro sobre Mapa geológico de Bogotá (Mazo, s.f.)
En la ciudad de Bogotá los principales mecanismos de deposición del suelo han tenido origen en
los procesos de sedimentación. En referencia a los suelos por donde pasan las alternativas
presentadas para la PLMB (subterránea y elevada), predominan especialmente procesos de
sedimentación fluvial en los que sobresale la presencia de arcillas y arenas y procesos
sedimentación lacustre en los que se evidencian altos contenidos de material orgánico. Debido a
estos procesos, existen formaciones de conos de deyección y rellenos antrópicos.
Por efectos de la manera en que se dispone la información publicada por el Consorcio L1, el
trazado se distribuye en 4 tramos con características geológicas y geotecnias similares. Como se
muestra en la Figura 4¡Error! No se encuentra el origen de la referencia., el primer tramo para
ambas alternativas comienza en la llanura de inundación (Qlla), pasa por una zona rellenos de
basuras (Qrb) y finalmente se traslada hacia la zona de complejo de conos (Qcc) donde inicia el
tramo 2. A continuación, el trazado continua por una zona de depósitos aluviales (Qtb) por la
cercanía a los ríos Tunjuelito y Fucha, y más adelante retorna al complejo de conos hasta finalizar
el tercer tramo. A medida que el trazado se acerca al borde oriental de la ciudad, se presenta un
cambio abrupto en la composición del suelo, ya que en esta zona se presentan suelos con bloques
muy gruesos de depósito de ladera o complejo de conos del material que ha rodado de los cerros
(Torres, entrevista personal, 2016).
En el cuarto tramo ambas alternativas recorren una zona de depósitos fluvio-lacustres de formación
sabana (Qta) derivado de los depósitos del antiguo lago de la ciudad, pero el tramo subterráneo se
20
transfiere nuevamente a la zona de complejo de conos al finalizar el trazado. A pesar de que en el
mapa no es evidente la presencia de la formación Bogotá (Tpb) en los tramos III y IV, los estudios
de suelos realizados por el Consorcio L1 revelan su existencia.
Desde el punto de vista geomorfológico, existe una zona plana ubicada en la parte central de la
cuenca de Bogotá y un relieve montañoso por los cerros occidentales. Adicionalmente, cabe
resaltar la concurrencia de 4 fallas geológicas que atraviesan ambos trazados; Falla de Usaquén,
falla de San Cristóbal, falla del Chico y falla del Parque Nacional (Granados, 2016).
7.3 CONDICIONES GEOTÉCNICAS Y GEO MECÁNICAS
Figura 5. Trazado del metro sobre Mapa de zonas geotécnicas de Bogotá (Mazo, s.f.)
En general, los suelos de Bogotá se caracterizan por ser suelos de alta compresibilidad y alta
plasticidad. Se han registrado limites líquidos que varían entre 50% a 200% en capas de suelo que
van hasta 70 metros de profundidad y valores de 50% o menores, en las capas entre 70 a 125
metros. Sin embargo, hay zonas en las que el limite liquido puede alcanzar valores cercanos a
300% independientemente de la profundidad del material (Caicedo, 2016). A su vez se han
encontrado depósitos naturales de diatomeas, que son suelos con características geo mecánicas que
distorsionan los resultados de los estudios geotécnicos, debido a que no siguen las correlaciones
geotécnicas prestablecidas ni los parámetros usuales de deformación y resistencia.
El trazado del metro se ilustra en la Figura 5, comienza en una zona geotécnica de suelos aluviales
en la parte suroccidental. Estos suelos se caracterizan por tener una composición de arenas
arcillosas sueltas a compactas, limos arenosos o gravas arenosas. “Son suelos de mediana a alta
capacidad portante, poco compresibles, susceptibles a licuación e inestables en excavaciones a
cielo abierto” (Decreto No. 523 de 2010). En cuanto a los resultados del modelo geofísico, el
espesor de estas capas varía entre 50 a 150 metros de profundidad hasta alcanzar el basamento
rocoso.
Al llegar a la calle 72, el trazado se encuentra con la franja de transición entre la zona plana y los
cerros, donde continúa en algunos sectores por los suelos aluviales y aparecen los suelos de
21
Piedemonte B. Los suelos piedemonte B, se componen por gravas areno arcillosas compactas o
arcillas arenosas, caracterizadas por tener una alta capacidad portante y alta permeabilidad. A pesar
de ser suelos predominantemente granulares, la estratigrafía es muy heterogénea. Debido a la
cercanía a la zona de transición con los cerros orientales, el estrato rocoso se encuentra a una
profundidad de aproximadamente 50 metros (Granados, 2016).
En el tramo final de la línea, el trazado difiere para ambas alternativas, por lo tanto, se presentan
cambios en el perfil del suelo por el que pasa la línea. Tanto en la propuesta elevada como en la
subterránea el trazado pasa por una zona compuesta por suelos Lacustre A y en el caso del tramo
subterráneo se presenta una transición a una zona de Piedemonte A. Esto quiere decir, que a medida
que se avanza hacia el norte de la ciudad y el trazado se aleja de los cerros, como ocurre en el caso
de la alternativa elevada, se entra en una zona de suelos muy blandos, de alta plasticidad, con
consistencia muy blanda de espesores entre 25 a 50 metros que aumentan su resistencia a partir de
los 60 metros (Torres, 2016).
El suelo que compone esta zona contiene arcillas limosas o limos arcillosos con intercalaciones de
capas de turba, que geotécnicamente tienen una resistencia muy pobre y una deformabilidad muy
alta. En general el perfil geotécnico de esta zona se resume a una capa superficial del orden de 5
metros con suelos sobre consolidados debido al descenso del nivel freático, seguida de una
secuencia entre los 40 a 60 metros de profundidad de arcillas blandas de origen lacustre y finaliza
con suelos especialmente aluviales. La capacidad portante de estos suelos es muy baja o media y,
por lo general, presentan una resistencia al corte baja. Por otro lado, en esta zona el basamento
rocoso para el tramo subterráneo se encuentra entre 50 a 100 metros de profundidad y para el tramo
elevado entre 150 a 200 metros, lo cual indica que ninguna parte del trazado iría ubicado sobre un
estrato rocoso para cualquiera de las alternativas.
7.4 CONDICIONES HIDROLÓGICAS
De acuerdo a los resultados de los estudios de suelos, independientemente de la alternativa que se
elija, todas las estructuras de cimentación u obras subterráneas para la primera línea del metro
deberán considerar la influencia del nivel freático. Los resultados de los estudios indican que a lo
largo del trazado de la PLMB el nivel freático se encuentra muy cercano a la cota de superficie,
oscilando entre 1 a 12 metros bajo el terreno natural (Consorcio L1, s.f. , pág. 14).
Cabe resaltar que determinar la verdadera posición del nivel freático es una tarea compleja debido
a que la permeabilidad del suelo es diferente en las 4 zonas evaluadas. Dependiendo de las
características del suelo, ubicación y época del año es probable que existan zonas en las que el
suelo presente una mayor capacidad para almacenar el agua en los poros que en otras. Por ejemplo,
en la zona de piedemonte el nivel de la tabla de agua se encuentra muy cercano a la superficie,
debido a la presencia de acuíferos confinados que se alimentan de los cursos de agua provenientes
de los cerros. Por otro lado, en la zona final del trazado las arcillas que componen el terreno se
caracterizan por tener baja permeabilidad, lo cual hace que ocasionalmente el agua quede retenida
en las capas superficiales. De manera contraía, la presencia de los suelos orgánicos y arenas
limosas hacen que la permeabilidad aumente. También es común encontrar cabezas piezometricas
22
en suelos más profundos, que cambian el sentido del flujo y lo re direccionan hacia otras fuentes
hidrológicas cercanas (Torres, entrevista personal, 2016).
En consecuencia, es muy probable que se presenten desviaciones en los registros del nivel freático
a no ser que este se haya registrado durante varias épocas del año. Además, se debe considerar que
los cambios de los estados de esfuerzo a los que se verá sometido el suelo “conllevan a cambios
en las trayectorias de drenaje y como consecuencia modificaciones en los niveles freáticos como
en las fuerzas de infiltración, que afecta la estabilidad de las obras en construcción y por supuesto
la infraestructura existente en el entorno” (Torres, entrevista personal, 2016).
Los efectos del nivel freático son muy importantes de controlar ya que una mala planeación de los
sistemas de extracción del agua puede causar que el suelo se consolide. La consolidación es muy
importante en geotecnia ya que puede generar grandes deformaciones plásticas en el suelo, y estas
deformaciones pueden comprometer la utilidad o la estabilidad de las estructuras.
7.5 CAMPAÑA DE EXPLORACIÓN GEOTÉCNICA
Uno de los aspectos positivos que genero el proyecto metro en el marco del estudio geotécnico, es
que a raíz del nivel de detalle que requería el metro subterráneo, se realizó la mayor exploración
geotécnica que data en la ciudad. Para la implementación de los métodos de construcción
propuestos para la línea, se requerían estudios especiales y equipos avanzados que los consultores
extranjeros exigían para la toma de decisiones. De acuerdo a la entrevista realizada al expresidente
de la Sociedad Colombiana de Geotécnica, Mario Camilo Torres, el estudio de suelos obligó a los
ingenieros colombianos a actualizarse en los ensayos de geotécnica que convencionalmente se
utilizaban en el país. Esto no se había hecho antes en Colombia debido a que, en la mayoría de
proyectos de inversión pública no se exigen estos ensayos.
7.5.1 ENSAYOS REALIZADOS
Los datos que se presentan a continuación, fueron extraídos de la ponencia del Ingeniero Juan
Carlos Ramos en representación de la firma Cano Jiménez durante el Foro sobre el Metro de
Bogotá y complementados con algunos datos publicados de la página del metro de IDU. Los
ensayos en campo y en laboratorio para presentar un reporte de diseño Fase III tuvieron un costo
aproximado de 70,000 millones de pesos y una duración de 15 meses.
En resumen, se realizaron:
332 Sondeos espaciados cada 100 metros con una profundidad de 50 metros a lo largo del
trazado
6 sondeos profundos hasta alcanzar el nivel de roca con control de asentamientos
18 sondeos en estaciones de gasolina a 20 metros de profundidad
230 unidades de Piezoconos; CPTu y SCPT
Campaña geofísica: 77 ensayos de Down-Hole, sísmica de reflexión (1000 ml) y 8 ensayos
ReMi
23
31 ensayos de resistividad
116 Ensayos tipo Lefranc
20500 unidades de ensayos de laboratorio
Adicionalmente, se presentó un modelo del perfil estratigráfico que compone cada tramo a partir
de los ensayos realizados. El estudio también se utilizó para mejorar el modelo geotécnico sísmico
y para actualizar los modelos hidrológicos de las aguas subterráneas y los asentamientos regionales
de la ciudad (Rodriguez, s.f. ).
7.6 RESPUESTA SÍSMICA EN LOS SUELOS DE BOGOTÁ
Determinar el comportamiento de la estructura ante un evento sísmico es uno de los factores más
difíciles de predecir y cuantificar. Esto se debe a que la única manera de pronosticar el riesgo
sísmico al cual se verá enfrentada la estructura, es atreves de los registros sobre eventos ocurridos
en el pasado de este tipo. El potencial de riesgo y la probabilidad de ocurrencia, dependen y varían
de la zona en que se construya la obra.
Para el caso de Bogotá, los resultados de los ensayos de la campaña geofísica permitieron conocer
información para detectar las zonas con mayor riesgo sísmico. Durante los estudios se encontró
que el trazado de la PLMB discurre por las zonas uno (1), dos (2), tres (3) y cinco (5) del mapa de
Microzonificación sísmica de Bogotá (en adelante MZB). Esto implica que el diseño de la
estructura deberá elaborarse con base en la aceleración que resulte del espectro de respuesta de la
zona más crítica. En otras palabras, en las zonas de transición, la estructura deberá cumplir con
todos los requisitos para el peor escenario de la IDSE. El modelo deberá considerar la respuesta
de cada uno de los elementos estructurales que interactúen con el suelo por separado y, asimismo,
en conjunto con toda la estructura.
Por otro lado, se debe tener en cuenta que por efectos de los requisitos especiales que deben
cumplir las estructuras de acuerdo al tipo de perfil de suelo, en el Decreto No. 523 de 2010 se
especifica que los suelos Piedemonte A y B corresponden a un perfil de suelo tipo D y las zonas
lacustres y aluviales corresponden a un tipo F. Con base en lo anterior, por la manera en que se
propagan las ondas, aquellas zonas con mayor riesgo sísmico son aquellas en las que el basamento
rocoso está más alejado, es decir, en el último tramo del trazado. Durante la exploración no se
identificaron fenómenos de licuación que generen problemas en el suelo (Mazo, s.f.).
A pesar de la relevancia de este tema, en esta revisión no se estudia en detalle el efecto sísmico
sobre la estructura, dado que este análisis requiere una investigación profunda con base en
resultados de modelos que consideren todos los parámetros encontrados durante la exploración y
su efecto sobre la obra.
7.7 PROBLEMAS DE SUBSIDENCIA REGIONAL
El problema de subsidencia, el cual se refiere al progresivo hundimiento vertical del suelo, es un
fenómeno que afecta a todas las estructuras de la ciudad. Se debe principalmente a la compactación
24
del suelo causada por el descenso del nivel freático debido a la extracción de agua, a vibraciones
por eventos sísmicos, a la compactación natural del suelo o a la colocación de estructuras nuevas.
La subsidencia se presenta de manera diferencial y tiene un orden aproximado de 2 a 7 cm por
año, lo que quiere decir que el suelo se podrá asentar 35 cm o más en 5 años. (Granados, 2016).
Sin embargo, en este caso particular la tasa de subsidencia está asociada a la permeabilidad del
material que compone el suelo y a los espesores de capa, por ende, es evidente que la subsidencia
afectará en menor o mayor escala cada uno de los tramos del metro de acuerdo a las características
presentadas anteriormente.
En general, el fenómeno de subsidencia se puede considerar despreciable en los tramos I y II
debido a los bajos niveles de desplazamiento vertical registrados históricamente en las estructuras
cercanas a la futura línea del metro. No obstante, para el caso de los tramos 3 y 4 la subsidencia
adquiere un papel importante especialmente para las zonas al norte de la ciudad (zona del borde
del piedemonte), donde los suelos se han llegado a asentar hasta 7 cm.
La subsidencia se puede modelar utilizando mapas hidrogeológicos para controlar los efectos en
las zonas críticas. Sin embargo, los rangos no pueden ser cuantificados en su totalidad mediante
perforaciones ni ensayos de laboratorio (ACTOS, 2016).
25
Tabla 2. Resumen de investigación geotécnica para el metro de Bogotá
26
8. DESCRIPCIÓN DE LA PROPUESTA DEL METRO SUBTERRÁNEO
En este capítulo se presenta el procedimiento que se llevó a cabo para la selección del método
constructivo de la alternativa subterránea. A partir de los resultados de los estudios de suelos y la
exploración geotécnica en campo, los ingenieros determinaron el método de excavación que, a su
criterio, mejor se adaptaba a las características de cada tramo.
8.1 CONSIDERACIONES GEOTÉCNICAS PARA LA SELECCIÓN DEL
MÉTODO CONSTRUCTIVO
Con el fin de parametrizar el diseño en segmentos, el trazado se dividió en tramos con
características geotécnicas similares. Escoger parámetros similares para cada tramo es una buena
práctica, ya que permite reconocer patrones sobre la forma en que se deformará el suelo.
Asimismo, permite determinar el periodo de tiempo en que se propagará la falla. Por lo tanto, es
importante determinar la magnitud en que estas alteraciones se presentan en el terreno, para evitar
que la estructura falle durante el proceso constructivo. Los cambios repentinos en los estados de
esfuerzos principales del suelo causados por las excavaciones, se deben controlar para evitar tener
que rediseñar el trazado de la estructura (Lunardi, 2006, pág. 93).
EL método de excavación de una obra subterránea, convencionalmente se determina teniendo en
cuenta la composición del suelo y el tamaño de partículas del material. Adicionalmente, las
condiciones geológicas, geotécnicas e hidrológicas encontradas en el anterior apartado, permiten
determinar si se deben utilizar técnicas para mejorar las propiedades del suelo. La Figura 6 muestra
un ejemplo de la manera en que se define el tipo de tuneladora a partir de los resultados de la curva
granulométrica de una muestra de suelo. Un análisis granulométrico contiene información acerca
del tamaño de las partículas presentes en una muestra y, asimismo, del porcentaje de material que
compone la muestra.
Figura 6. Definición del tipo de tuneladora (ACTOS, 2013)
Teniendo en cuenta lo anterior, para la excavación de la zona sur del trazado, correspondiente a
los tramos 1, 2 y parte del 3, se seleccionó el método con tuneladora de escudo EPB. Sin embargo,
se tomó la decisión de que, al llegar al borde oriental, donde hay una transición entre los depósitos
27
aluviales y Piedemonte se utilizaría otro método de excavación. Según el ingeniero Jorge Alberto
Rodríguez, quien desempeño un importante papel en el desarrollo de la investigación geotécnica
del metro, la presencia de bloques con matriz arcillo limosa y la heterogeneidad del suelo en esta
zona, hacen que sea más difícil excavar con tuneladora. Para continuar el trazado con la maquina
tuneladora EPB, hubiera sido necesario utilizar métodos para mejorar las propiedades del terreno.
Por ende, a partir de la calle 100 se optó por continuar la excavación utilizando el método Cut and
Cover, que se detalla más adelante. En la Figura 7 se muestra la extensión de la excavación de
ambos métodos constructivos.
Figura 7. Método de excavación para cada tramo de la PLMB (Gráfico del autor)
Los resultados de la exploración geotécnica, evidenciaron los siguientes problemas por tramo
(Mazo, s.f., págs. 15-20):
Tramo 1 y 2
o Dificultades de impermeabilidad de obras en el fondo de las excavaciones debido
a la presencia de suelos aluviales.
o Posibles afecciones a los edificios vecinos por problemas de asentamientos por
consolidación del suelo.
o Deformación de pantallas de las estaciones por empujes laterales del suelo.
Tramo 3
o Problemas por depósitos de complejo de conos; Suelos gruesos.
o Mismo problema de deformación de pantallas.
o Espacio muy reducido entre las calles para desplazarse con la tuneladora.
o Espacio insuficiente en superficie para construir estaciones con espacio mínimo
requerido.
Tramo 4
o Subsidencia regional importante; variaciones entre 30 a 40 cm.
o Problemas por infiltración de agua en las estructuras debidas a posibles
perforaciones de pozos artesianos presentes en las gravas bajo el suelo lacustre.
0 1 2 3 4 5 6 7 8
Cut and Cover Estaciones (Km)
EPB (Km)
Cut and Cover (Km)
Cut and Cover Estaciones (Km) EPB (Km) Cut and Cover (Km)
Tramo 4 1,65 0,00 5,25
Tramo 3 2,15 3,65 1,63
Tramo 2 1,69 7,33 0,00
Tramo 1 1,46 6,67 0,64
Distribución por método de construcción para cada tramo
28
o Dificultades en excavaciones a cielo abierto por cambios de elevación del nivel
freático.
o Suelos de muy baja capacidad portante, método constructivo resulta insuficiente
para garantizar un buen comportamiento en la estructura. Requiere técnicas que
mejoren las propiedades geo mecánicas del suelo.
8.2 EXCAVACIÓN CON MÁQUINA TUNELADORA DE ESCUDO EPB
Figura 8. Maquina tuneladora de escudo EPB (Lunardi, 2006)
Las máquinas tuneladoras de escudos presurizados EPB (Earth Pressure Balanced Shield), se
utilizan cuando el frente excavación se compone por suelos blandos e inestables o cuando se
trabaja en suelos con presencia de agua. Sin embargo, también es posible realizar excavaciones en
grava o arena al hacer uso de aditivos como espumas de alta densidad. La máquina contiene un
escudo protector de frente cerrado que sostiene el terreno mientras la cabeza giratoria de corte
ejerce la excavación. Su sistema interno contiene un mecanismo con la función de colocar el
soporte, compuesto por un anillo de dovelas de concreto prefabricado, sobre el cual se apoyan los
cilindros hidráulicos que empujan la máquina para ejercer el avance longitudinal.
(HERRENKNECHT AG, 2016)
La máquina utiliza hidroescudos que ejercen presión sobre el suelo del frente de excavación para
estabilizarlo, utilizando agua, espumas o lodos bentónicos de diferentes densidades, que se
inyectan para igualar o superar la presión ejercida por el suelo y así evitar la relajación de tensiones
del frente de excavación. La velocidad de avance en este proceso, depende del volumen del
material excavado que ingresa a la cámara. Resulta primordial controlar la salida de escombros
para mantener el equilibrio de la presión de tierras y así evitar la generación de chimeneas y la
sobre excavación en la cara del túnel (Lunardi, 2006, pág. 194). Por otro lado, para evitar que la
maquina quede atrapada durante la excavación por convergencias en la cara del túnel, el escudo
de corte debe tener un diámetro mayor al del anillo de dovelas. El espacio que se forma entre la
cara de corte del escudo y el anillo, también denominado gap, se debe rellenar inmediatamente
29
después de que pasa el escudo para evitar que se deforme el suelo y no haya subsidencia en la
superficie que afecte a los edificios cercanos (Salazar, entrevista personal, 2016).
Para el caso del metro de Bogotá, la construcción estaba prevista con 3 tuneladoras ubicadas en 3
puntos: Una iniciando en la estación del Portal de las Américas y dos en el parque tercer milenio.
La idea de ubicar las máquinas de esta manera se planeó con el fin de que la construcción fuera
rentable. Para que el uso de una tuneladora sea rentable, se debe garantizar que la maquina excave
como mínimo entre 4 km a 4,5 km continuos. Al cabo de esta distancia, si el modelo geotécnico
indica que se debe hacer un cambio de escudo por reparaciones mecánicas, se construye un pozo
en el cual se pueda hacer el cambio de la máquina o se utiliza la infraestructura de una de las
estaciones (Pardo, entrevista personal, 2016 ).
El diseño geométrico preliminar adoptado para la sección transversal, corresponde a un túnel con
sección de doble vía con las siguientes características:
Tabla 3. Características geométricas túnel (Consorcio L1, s.f. )
8.3 EXCAVACIÓN CON MÉTODO CUT AND COVER
El método de excavación Cut and Cover consiste en excavar a cielo abierto el suelo entre muros
pantalla sostenidos con puntales hasta alcanzar la profundidad de la bóveda (losa superior del
túnel) o la contra bóveda (losa inferior), según se especifique (ver Figura 9). Los muros actúan
como un sistema de contención para evitar derrumbes de los suelos durante la etapa de excavación
(IDU Producto 13, 2009, pág. 78).
A continuación, se construye losa inferior que usualmente tiene una forma de U alargada y se
verifica si se debe mejorar el suelo por medio de tratamientos para el terreno. Posteriormente, se
completa la construcción de la sección del túnel y se impermeabilizan todas las paredes para
finalizar el proceso retirando los apuntalamientos y rellenando el terreno sobre la bóveda del túnel,
hasta alcanzar el nivel de la vía original. Dado que este proceso resulta extremadamente invasivo
en la vía publica intervenida, el procedimiento se puede llevar a cabo cerrando de manera parcial
los carriles por donde transitan los vehículos. Es decir, que mientras se realizan las intervenciones
en uno de los carriles de la vía, el otro puede seguir presentando el servicio cotidiano (Salazar,
entrevista personal, 2016).
Ancho de calzada (m) 8
Diámetro interior (m) 10,04
Diámetro exterior (m) 10,8
Espesor de dovela (m) 0,38
Anillo universal 6+1 dovelas
30
Figura 9. Método de excavación Cut and Cover (Salazar, 2011)
En el caso de la PLMB, se pretendía excavar muros de 1,20 metros de espesor de aproximadamente
20 a 30 metros de profundidad. Los trabajos para esta construcción durarían aproximadamente 5
años (Consorcio L1, s.f. ).
8.4 TRATAMIENTOS DEL TERRENO
Como método adicional para controlar el riesgo de falla por deformación excesiva del suelo, se
utilizaron varios tratamientos para mejorar las propiedades del mismo o para controlar efectos de
subsidencia, convergencias, levantamiento de fondo de la solera o derrumbes de las pantallas:
a) Inyecciones de consolidación
b) Jet-grouting
c) Micro pilotes de anclaje
d) Pilotes o pantalla continua
e) Otros métodos
8.5 TIPOLOGÍA DE ESTACIONES SUBTERRÁNEAS
Independientemente del método constructivo seleccionado para cada tramo, todas las estaciones
subterráneas se construirían con el método de Cut and Cover descrito anteriormente. Para
minimizar el impacto en superficie, se harían excavaciones de medias calzadas con el fin de no
interrumpir el flujo vehicular de toda la vía.
Se presentaron 3 tipos de estaciones, las cuales estarían ubicadas bajo las vías principales por
donde va el trazado. La profundidad de excavación varía entre 20,4 metros a 28,1 metros de
profundidad. Dependiendo de la importancia de la estación la longitud y el ancho total requerido
se distribuye como:
31
Tabla 4. Tipo de estación subterránea (Beltz, 2014)
El acceso para los pasajeros se realizaría a través de plataformas laterales ubicadas a cada lado de
la vía, esto último conllevo a tener que construir estaciones más largas, ya que el ancho inicial
requerido no cabía debajo de la vía de la carrera 13 ni de la carrera 11 en la zona Norte de Bogotá
(Salazar, entrevista personal, 2016). A continuación, se presenta una tabla que resume las
características de las estaciones por tramo para exponer magnificar la cantidad de suelo excavado:
Tabla 5. Características de estaciones subterráneas
Tramo
No. Estaciones Longitud (m) Profundidad de excavación (m)
Promedio Máx. Mín. Máx. Mín.
1 7 208,20 208,20 208,20 23,9 23,9
2 7 241,63 262,20 208,20 23,9 23,9
3 7 307,75 421,20 208,20 28,1 20,4
4 6 275,22 339,40 208,20 25,4 20,4
Tipo de estación No. estaciones Longitud (m) Ancho (m)
1 12 208 30
2 13 262,2 24,2
3 2 420,74 20
32
9. DESCRIPCIÓN DE LA PROPUESTA DEL METRO ELEVADO
En el presente capitulo se expone la propuesta del diseño preliminar de la cimentación que requiere
la estructura del metro en viaducto. Dado que hasta la fecha no se han realizado los estudios de
suelo para el trazado de esta propuesta, el contenido de este capítulo únicamente contiene
información acerca del pre-dimensionamiento de la cimentación que presento SYSTRA en los
documentos entregados a la empresa del metro.
9.1 CONSIDERACIONES GEOTÉCNICAS PARA LA SELECCIÓN DEL
MÉTODO CONSTRUCTIVO
En primer lugar, durante el proceso de evaluación de la viabilidad de las alternativas, se descartó
la posibilidad de implementar una cimentación superficial ya que las cargas que debe soportar el
viaducto, a razón de las que soporta un puente vehicular, son considerablemente más grandes en
los puentes férreos. Estas cargas pueden llegar a ser el doble o más de las cargas que soportan los
puentes vehiculares (Betancour, entrevista personal, 2016). Por lo tanto, la cimentación de este
tipo de estructuras en el caso de Bogotá se tiene que realizar con cimentación profunda con
elementos que trabajen principalmente por fuste.
El principal problema que se identificó para esta alternativa, es que debido al fenómeno de
subsidencia la cimentación puede asentarse diferencialmente en cada uno de los apoyos en el largo
plazo. Esto último no es permitido en estructuras férreas, ya que no es recomendable que las
pendientes del alineamiento vertical superen el 3%. Por lo tanto, es muy importante hacer un buen
control de los asentamientos por medio de un nuevo estudio de suelos que permita conocer la
estratigrafía del terreno donde se apoya cada pila.
9.2 TIPO DE CIMENTACIÓN SELECCIONADA
Se recuerda al lector que el tramo 4 y parte del 3 para la alternativa elevada difiere sustancialmente
del trazado subterráneo. Por lo tanto, las dimensiones que se presentan a continuación, son valores
estimados con rangos conservadores, ya que no se tiene ningún estudio geotécnico específico. Bajo
este contexto SYSTRA presentó dos alternativas para el tipo de cimentación que requiere la
estructura del metro (SYSTRA Entregable 4, 2016):
Pilotes perforados
Pilotes pantalla tipo “Barrettes”
La cantidad y dimensiones de los pilotes, de las micro pantallas y las dimensiones del dado de
cimentación, dependen las cargas transmitidas por la superestructura de acuerdo a los materiales
de construcción seleccionados y a las cargas emitidas por el material rodante (velocidad de diseño
del vehículo y condiciones de arranque y frenado) (AREMA , 2003, pág. 217).
33
a) Cimentación profunda con pilotes perforados
Tabla 6. Pre dimensionamiento de cimentación con pilotes (SYSTRA Entregable 4, 2016)
Figura 10. Cimentación profunda con pilotes perforados (SYSTRA Entregable 4, 2016)
b) Cimentación profunda con pilotes pantalla tipo “Barrettes”
Tabla 7. Pre dimensionamiento de cimentación con pilotes pantalla "Barrettes" (SYSTRA
Entregable 4, 2016)
Pre dimensionamiento elementos estructurales
Ancho de zapata (m) 9
Largo de zapata (m) 9
Espesor de zapata (m) 2
Diámetro de pilotes (m) 1,5
Separación entre pilotes (m) 4,5
No. de pilotes por dado 4
Pre dimensionamiento elementos estructurales
Ancho de zapata (m) 5,8
Largo de zapata (m) 9,5
Espesor de zapata (m) 2
Ancho de Barrettes (m) 1,8
Largo de Barrettes (m) 2,8
Separación entre Barrettes (m) 5
No. de Barrettes por dado 2
34
Figura 11. Cimentación profunda con Barrettes (SYSTRA Entregable 4, 2016)
c) Profundidad de la cimentación por tramos
De acuerdo a los documentos entregados por SYSTRA, la profundidad que deben alcanzar los
pilotes o los Barrettes que componen la cimentación de los apoyos del metro se muestran en la
Tabla 8.
Tabla 8. Profundidad de la cimentación por tramos (SYSTRA Entregable 4, 2016)
Tramo Pilotes perforados (m) Barrettes (m)
1 66 48
2 45 33
3 45 39
4 65 60
35
10. EXPERIENCIAS EN LA CONSTRUCCIÓN DE SISTEMAS DE METRO
En este capítulo se presentan 4 casos de estudio que dan testimonio de experiencias internacionales
que ejemplifican algunos de los problemas de diseño, gerenciamiento y construcción de los
sistemas de metro. De las 4 líneas seleccionadas, se destacan las soluciones técnicas innovadoras
implementadas en cada ciudad.
Los aspectos geotécnicos que motivaron su selección fueron:
Línea 12, Metro de Ciudad de México: La selección de esta línea se debe a las soluciones
adoptadas para construir la estructura del metro en un suelo con condiciones geotécnicas
desfavorables y similares a las de Bogotá.
Línea 9, Metro de Barcelona: La selección de esta línea se debe a la solución para construir
las estaciones del metro con un diseño que no requiere el método de excavación de Cut and
Cover.
Línea 1, Metro de Panamá: La selección de esta línea se debe al éxito de terminar la
construcción de la primera línea del metro en un plazo muy corto, utilizando métodos de
construcción de los que no se tenía experiencia previa en Panamá.
Línea 6, Metro de Rio de Janeiro: La selección de esta línea se debe a la innovación técnica
en varios tramos que presentaban problemas geotécnicos muy complejos.
Es importante resaltar que las recomendaciones de los métodos constructivos, se desarrollaron con
base en la experiencia s características del suelo de cada ciudad y las especificaciones de cada
proyecto. Por lo tanto, a pesar de que las lecciones de estos proyectos aportan al diseño de la
primera línea del metro de Bogotá, estas no se pueden generalizar.
10.1 CASOS DE ESTUDIO
a) Línea 12, metro Ciudad de México
Sistema constructivo
La línea 12 de Ciudad de México se integra por un trazado de 26 km de longitud y 20 estaciones
de distintas tipologías. El diseño de la línea tiene todos los tipos de estructura; a nivel, elevado,
entre pantallas y subterráneo tipo túnel profundo. Los tipos de estructura se seleccionaron teniendo
en cuenta las condiciones del suelo y el grado de densificación de la ciudad. Durante todas las
etapas de diseño y construcción, se llevó a cabo un programa de exploración geotécnica con
instrumentación que permitía tener información de los estados del suelo en tiempo real. Dado que
la tuneladora debía diseñarse para las condiciones de un suelo extremadamente complicado, el
diseño del escudo, los accesorios y el ensamblaje de la maquina duró alrededor de un año. Para ir
adelantando la construcción fue necesario abrir múltiples frentes de trabajo.
36
Planteamiento del problema
El principal problema que tienen todas las construcciones en Ciudad de México es que el suelo es
de muy mala calidad. Para el caso de los suelos por donde pasa el trazado de la línea 12, estos son
muy heterogéneos. La línea atraviesa “desde suelos arcillosos blandos típicos del valle, con altos
contenidos de agua, alta plasticidad y baja resistencia, pasando por la zona de transición, hasta la
zona de Lomas con suelos limo-arenosos más compactos”. (ICA, 2012, pág. 61). Además, al igual
que el suelo de Bogotá, el suelo presenta un problema de hundimiento regional.
Por otro lado, en Ciudad de México existe una fuerte restricción por la conservación de
construcciones con patrimonio histórico. Por ende, cualquier método constructivo implementado
debe ser monitoreado para no afectar la cimentación o la estructura de ninguna construcción
patrimonial. Adicionalmente, las obras del metro deben cumplir con todas las restricciones
sísmicas para estructuras especiales, dado que Ciudad de México se encuentra en una zona de alto
riesgo de amenaza sísmica.
Figura 12. Tipos de estructura de la línea 12 del metro de Ciudad de México (ICA, 2012)
Detalles de la solución
Para tomar la decisión acerca del tipo de sistema a utilizar, se evaluaron principalmente las
características del perfil del suelo y del grado de desarrollo urbano.
a) Tramo elevado: El suelo que compone el tramo elevado presenta variaciones abruptas entre
arcillas muy blandas hasta estratos firmes. Por esta razón, fue necesario realizar un estudio
individual para cada una de las 423 pilas que sostienen la superestructura de la línea.
Dependiendo de la zona geotécnica en la que se desplanta cada apoyo, se utilizó un tipo de
cimentación diferente: (i) Cajón profundo en forma de vaso invertido de 60 cm de espesor,
el cual se traslapa con un pilote y se cubre con una zapata prefabricada. (ii) Pilotes
37
cuadrados que trabajan por fuste de 0,4 x 0,4 metros de 8 a 35 metros de profundidad, (iii)
zapatas octagonales a una profundidad de desplante de 3,4 metros apoyadas sobre un
estrato rígido o (iv) zapatas aisladas desplantadas sobre roca.
Con el objetivo de cumplir con los requisitos de riesgos sísmicos, en las zonas donde la altura
libre de las columnas alcanza su punto máximo (13,75 m) se colocaron apoyos como máximo
cada 25 metros y cada 22 metros en las estaciones.
b) Tramo entre pantallas: Tramo con método Cut and Cover cuyos muros funcionan como
muros de contención durante y después de la construcción. Debido a las malas condiciones
del suelo se requirió la construcción de pilas secantes, que es un método que consiste en
hacer perforaciones continuas para instalar pilas que simulan un muro que permite
intervenir el núcleo de la excavación.
c) Túnel profundo: Para la sección del túnel profundo se seleccionaron dos alternativas. Por
un lado, se realizó la excavación con tuneladora de escudo EPB y por el otro, se utilizó el
método austriaco, NATM. Para las zonas donde hay presencia de suelos arcillosos o limo-
arcillosos se utilizó una tuneladora de 10,10 metros de diámetro diseñada para las
condiciones del suelo de Ciudad de México y en la zona donde hay suelos rígidos se utilizó
el método NATM. El procedimiento consiste en realizar la excavación y cubrir las paredes
inmediatamente con concreto lanzado para evitar que el suelo se deforme (Lunardi, 2006,
pág. 18).
d) Estaciones: La excavación del túnel de 10 metros de diámetro obligo a que las estaciones
se construyeran a 20 metros de profundidad. Debido a las condiciones del suelo, las
pantallas de las estaciones se construyeron usando pilas secantes o muros que se excavan
5 metros por debajo del nivel de la solera. Una vez instalados los muros, se excavaron las
estaciones a cielo abierto o utilizando el método de Top Down.
Lecciones aprendidas
Utilizar herramientas de modelación en la investigación geotécnica permite correlacionar
la información entre el diseño y los procesos constructivos con mayor detalle.
Se recomienda instalar instrumentos a lo largo de la línea, para conocer información acerca
de las deformaciones, convergencias y divergencias del túnel. Estos instrumentos mejoran
el rendimiento de la obra y disminuyen la probabilidad de ocurrencia de los riesgos
geológicos. Una vez terminada la obra, el sistema se deja instalado para controlar el
comportamiento de la estructura durante su vida útil.
El sistema de Top Down utilizado para construir las estaciones es más lento, pero interfiere
en menor grado con las actividades en superficie.
Dividir el trazado en segmentos con condiciones geotecnias similares permitió realizar el
diseño de los anillos de dovelas con características de rigidez especialmente diseñados con
base en las características del suelo.
Para reducir el riesgo por eventos sísmicos, el túnel de dovelas contiene juntas que le
permiten desplazarse con el suelo durante un sismo.
38
Sin importar la composición del suelo, se desarrolló una solución que combina todos los
tipos de estructura en una misma línea. Combinar las estructuras permite abrir varios
frentes de trabajo durante la construcción.
b) Línea 9, metro de Barcelona
Sistema constructivo
La construcción de la línea 9 del metro de Barcelona, aún no ha finalizado. Sin embargo, los 47,8
km que conforman el tramo construido se excavaron en su mayor parte con tuneladora TBM, una
EPB y por el método Cut and Cover. Para las secciones donde el suelo tiene una capacidad de
resistencia admisible muy baja y, por lo tanto, no puede recibir los esfuerzos transmitidos por la
superestructura, se construyó un viaducto. Convencionalmente el túnel tiene una sección de vía
doble de 9,4 metros de diámetro
Planteamiento del problema
Debido a que las vías por donde pasa el trazado tienen mucha demanda de usuarios, cerrar las vías
en algunas zonas para hacer la construcción de un metro elevado no era una posibilidad. Por otro
lado, la construcción subterránea tenía el problema de que el método de Cut and Cover interfiere
con todas las redes de servicio y con las demás líneas del metro. Por esta razón, a pesar de que la
solución con tuneladoras resultaba ser muy costosa, se tomó la decisión de construir el túnel a 50
metros de profundidad en las zonas donde hay mayor urbanización. Esto suponía un costo
inmenso, especialmente en las estaciones, las cuales tienen una longitud aproximada de 100 metros
y debían estar entre 25 a 70 metros de profundidad (Gaizka Ormazabal, 2008, pág. 266).
Figura 13. Izquierda. Sección típica de túnel de la línea 9 del metro de Barcelona. Derecha.
Sección de túnel en estaciones (Gaizka Ormazabal, 2008)
Detalles de la solución
Para reducir los volúmenes de excavación y, por ende, el costo del proyecto se propuso construir
un túnel con una sección de 12 metros de diámetro y una losa intermedia que permite construir la
plataforma de acceso a la estación dentro del túnel. Se presentó un análisis IDS (Integrated
Decision System) en el que se seleccionaron algunos parámetros para poder evaluar los beneficios
de la solución.
39
Tabla 9. Evaluación técnica para la selección de la sección del túnel (Gaizka Ormazabal, 2008)
Criterio de
evaluación Descripción Unidad Peso
Alternativa 1 Alternativa 2
( 12 m) ( 9m)
Costo de
construcción
Costo
presupuestado para
diseño y estaciones
€ 1 217.923.467,00 457.788.153,00
266.350.904,00 559.518.854,00
Funcionalidad
de entradas y
salidas
Ancho de
plataforma m 0,375
14,88 21,68
20,13 29,33
Generación de
escombros
Volumen de
material no
reciclable
m^3 0,5 343,80 498,01
416,54 608,68
Afección a
edificios vecinos
Área afectada por
subsidencia m^2 1
656,17 742,02
801,98 906,92
*Los valores en la tabla representan rangos estimativos que pueden tomar las variables
Lecciones aprendidas
En términos económicos es más viable seleccionar la sección de 12 metros, ya que se
producen ahorros por la reducción en los volúmenes de excavación. Por lo general, la
construcción de las estaciones del metro con el método de Cut and Cover, es uno de los
factores que más peso tiene en el costo total del proyecto.
Se debe tener en cuenta que entre más profunda es la excavación, la obra resulta más
costosa debido a que la incertidumbre de la columna estratigráfica aumenta.
Evaluar la subsidencia es crucial, ya que no se deben afectar los edificios vecinos. Para
esto es mejor utilizar la alternativa diámetro de 9 metros, ya que una sección de túnel
con diámetro más pequeño, genera un menor efecto de subsidencias en superficie.
Esta solución únicamente es conveniente si no se dispone del espacio para construir un
viaducto. En caso contrario, para los tramos en los que los suelos son muy blandos, es
necesario estabilizar el terreno utilizando otras técnicas para mejorar las condiciones
del suelo.
Para las zonas con suelos heterogéneos es mucho mejor la solución de diámetro de 9
metros, ya que hay menos incertidumbre durante la excavación y por lo tanto menores
riesgos geotécnicos por tener una menor área de corte transversal.
Se debe tener precaución en la excavación de los pozos de las estaciones, ya que hay
acuíferos confinados en algunas partes del trazado.
40
c) Línea 1, Metro de Panamá
Sistema constructivo
La línea 1 del metro de Panamá originalmente tenía una extensión total de 15,7 km y 14 estaciones.
Sin embargo, antes de finalizar la fase 2 del proyecto se ordenó la extensión del tramo elevado y
la construcción de una estación subterránea adicional. La estructura se distribuye en 7,2 km
subterráneos, 7,3 km en viaducto y 1,3 km entre trinchera. La línea se construyó en dos etapas que
finalizaron en 38 y 26 meses respectivamente.
Planteamiento del problema
Una de las especificaciones de este proyecto era que debía finalizar en los tiempos exactos que se
indicaban en el cronograma. Por lo tanto, cualquier solución debía desarrollarse bajo un plazo de
ejecución muy exigente.
Detalles de la solución subterránea
Los diseños conceptuales y las especificaciones técnicas de la L1 de Panamá se desarrollaron en 4
meses. Para finalizar la excavación de la sección subterránea, en 13,5 y 9 meses, se utilizaron 2
tuneladoras EPB con anillos de dovelas prefabricados, que se ubicaron en ambos extremos de la
línea para ir avanzando hacia el centro y así, no detener la excavación en ningún momento.
Adicionalmente, antes de comenzar la construcción ya se había especificado la ubicación del
parque de dovelas y se había ordenado el retiro de todas las redes de servicios públicos que
pudieran interferir con el trazado.
Figura 14. Sección longitudinal del tramo subterráneo del metro de Panamá (Metro de Panamá,
2016)
La construcción de los cajones de las estaciones se realizó utilizando 4 máquinas hidrofresadoras
(ver Figura 15), excavando desde la superficie hasta llegar a la profundidad de la contra bóveda.
Para evitar el colapso de las pantallas por desestabilización del suelo y acelerar la construcción de
los cajones, se utilizaron vigas de coronación prefabricadas para apuntalar las pantallas.
Conjuntamente se utilizaron lodos bentónicos para mejorar la condición del suelo y evitar
derrumbes al introducir las hidrofresadoras. Todos los cajones de las estaciones se conforman por
41
una sección típica de 25 metros de profundidad, 117 metros de longitud y un ancho entre 19 a 21
metros.
Detalles de la solución elevada
Para instalar los pilotes de cada una de las pilas del sistema elevado, se ubicaron 2 frentes de
trabajo y a cada uno se le asignaron un mínimo de 2 máquinas piloteadoras.
Para la zona de patios y talleres fue necesario mejorar el terreno, ya que solo se pudo gestionar una
zona con suelos de condiciones muy malas. Para ello se extrajeron 6 metros de las capas superiores
del terreno y remplazaron por una capa de grava compactada cada 30 cm. Con el fin de acelerar
los asentamientos elásticos, se empleó la técnica de sobrecarga y en 40 días se logró estabilizar el
suelo. Se requirieron alrededor de 1300 pilotes hincados a una profundidad entre 12 a 18 metros,
para la construcción de la cimentación de los edificios que conformaban los patios y talleres
(METRO DE PANAMA , 2016).
Figura 15. Izquierda. Maquina hidrofresadora Derecha. Sección típica de cajón estación metro
de Panamá (Metro de Panamá, 2016)
Lecciones aprendidas
Utilizar elementos prefabricados como dovelas o vigas y tipificar las estaciones,
agiliza la construcción de las obras subterráneas de túneles y pantallas.
En caso de que se dispongan los equipos de construcción para tener varios frentes
de trabajo evita retrasos en la obra. En caso de presentar fallas en alguno de los
frentes, los demás pueden seguir ejecutándose.
Para una estructura elevada, se pueden ubicar varios frentes de trabajo y de esta
manera ejecutar la obra más rápido. La tipología subterránea está limitada a la
velocidad de avance de las tuneladoras.
Una solución compuesta por múltiples tipologías de metro, permite tener un
cronograma más flexible para ejecutar las obras.
El secreto del éxito: Tanto el gobierno central como las entidades encargadas de
desarrollar el proyecto adquirieron un compromiso entregándole el proyecto a un
interlocutor único, contratando bajo la modalidad de llave en mano.
42
d) Línea 4, Metro Rio de Janeiro
Sistema constructivo
Para la construcción del tramo Sur de la línea 4 de Rio de Janeiro de 5,2 km, se utilizó una maquina
tuneladora EPB con 6 métodos de operación (Teodoro, 2016):
a) Modo abierto 1: Cámara frontal abierta que traslada el material directamente por la
cinta transportadora. Únicamente para macizos rocosos de buena calidad.
b) Modo abierto 2: Cámara frontal abierta con tornillo sinfín, capaz de trabajar en macizos
poco estables con poca presencia de agua. Se instalan todas las líneas de inyección de
polímeros o lodos bentónicos para tratamientos del terreno. Este proceso toma
alrededor de 10 días.
c) Modo de transición: Cámara frontal parcialmente abierta con aire comprimido en la
mitad superior de la cara. Se puede utilizar en materiales estables con flujo de agua.
d) Modo EPB 1: Cámara frontal completamente cerrada y presurizada para trabajar bajo
el nivel freático. (Método EPB tradicional)
e) Modo EPB 2: Se instala un pistón en el extremo del tornillo sinfín que transporta el
material fluido a la cinta transportadora a través del pistón.
f) Modo EPB 3: En presencia de material extremadamente fluido, se bombea el material
a la superficie, ya que este no puede ser transportado por la cinta transportadora.
Por otro lado, para proteger las fundaciones de los edificios se instalaron cortinas de jet-grouting.
Planteamiento del problema
La línea 4 de rio de Janeiro tenía un plazo de entrega inaplazable ya que la construcción debía
finalizar antes del inicio de los juegos olímpicos de 2016. Las principales complicaciones se debían
a que el suelo por donde pasa la línea 4, está compuesto principalmente por una mezcla de arena
de playa y roca. Adicionalmente, todo el trazado se encuentra muy cercano a las zonas más
valorizadas de Rio de Janeiro, por esta razón, había un riesgo permanente durante la construcción.
Para la ejecución de la obra de la línea ocurrieron varios eventos significativos, de los cuales vale
la pena resaltar los siguientes:
a) Sucesiones entre los modos de operación de máquina
b) Zona de transición de salida de la roca al suelo arenoso
c) Zonas de transición entre zonas bajo el nivel freático y entradas a las estaciones
Detalles de la solución
Al inicio de la obra el suelo se componía por un macizo rocoso, por lo que para la operación
únicamente se instaló un sistema anti giro y un sistema de soporte para que la máquina no
comenzara a girar. Adicionalmente, se instaló un sistema de monitoreo con Strain Gauges para
controlar las deformaciones en el frente de excavación. A medida que se iba avanzando en la
excavación y el perfil estratigráfico comenzaba cambiar, se iban alternando los modos de
operación de la tuneladora. El monitoreo durante la obra era muy importante ya que la cantidad de
43
agua y el tipo de material encontrado, permitía determinar hasta donde era necesario proyectar la
utilización de un modo u otro.
Para cruzar la zona de transición entre el suelo arenoso y la roca, se instalaron cortinas de jet-
grouting verticales de alta resistencia para compensar las propiedades geo mecánicas del macizo
rocoso y pasar la tuneladora sin desestabilizar el suelo (ver Figura 16). Sin embargo, durante el
proceso, el suelo en la zona de transición bajo el bloque de tratamiento se desintegró e hizo que la
superficie se hundiera. A pesar de esto, las cimentaciones de las estructuras vecinas no se vieron
afectadas. Para retomar las actividades se aplicaron métodos para mejorar las condiciones del suelo
como: Inyecciones de compactación, lechada de cemento y se instalaron pozos de abatimiento del
agua para reducir la presión hidrostática. Estas soluciones fueron implementadas nuevamente en
distintos puntos del trazado a medida que avanzaban en la obra (Teodoro, 2016).
Figura 16. Zona de transición entre macizo rocoso y arenoso (Teodoro, 2016)
Otra complicación importante se dio en la estación Jardim de Alah, la cual se encuentra muy
cercana al canal que conecta la laguna de Freitas con el mar. Para llevar a cabo este proceso, se
construyeron diques en cada lado del canal y se instaló un sistema de jet-grouting para pasar la
tuneladora sin interferir con el curso del canal (ver Figura 17). Sin embargo, existía la
preocupación de que el bloque de tratamiento de jet-grouting fallara nuevamente y el agua del
canal se infiltrara en el cajón de la estación. Por lo tanto, se propuso llenar mitad del cajón con
agua extraída del canal para evitar el flujo de agua y así equilibrar las presiones entre el interior y
el exterior de la estación. La tuneladora ingresó a la estación, totalmente sumergida y al terminar
el proceso, se bombeó el agua al canal. Este mismo procedimiento se utilizó para la estación Antero
de Quental, donde no fue posible rebajar el nivel freático y, por esto, se sumergió nuevamente la
tuneladora para no comprometer el cronograma de la obra.
44
Figura 17. Entrada a la estación Jardim de Alah (Teodoro, 2016)
Lecciones aprendidas
Es necesario monitorear constantemente la operación de la tuneladora para determinar
oportunamente, cuándo cambiar el modo de operación de la máquina. Entre más tiempo se
pueda mantener la operación en modo abierto, se tiene mejor producción y menos desgaste
del equipo.
El método desarrollado por los ingenieros brasileños permitió llevar a cabo la obra, sin
tener que hacer expropiaciones y reducir los impactos en superficie (ODEBRECHT).
Utilizar el modo de operación EPB 2 y EPB 3, tiene una velocidad de producción muy baja
respecto a una operación manual. Sin embargo, es un método de emergencia que evita tener
que parar la producción de la obra para instalar manualmente los anillos de la tuneladora y
evita que el suelo en el frente de operación se desestabilice.
En zonas donde el nivel freático no se puede rebajar o donde hay posibilidad de entrada de
flujo de agua, funciona muy bien la técnica de equilibrio de presiones utilizada. Este
método se ha implementado en otros países como China, Italia, entre otros.
Se recomienda implementar un anillo de estanqueidad en la llegada a las estaciones para
aliviar las presiones hidrostáticas en la cara del cajón de la estación.
45
Tabla 10. Resumen casos de estudio líneas de metro internacionales
46
11. ANÁLISIS DE LA REVISIÓN
Para finalizar el documento, en primer lugar, se presentan los motivos encontrados durante la
investigación por las cuales falló el proyecto del metro subterráneo y, en segundo lugar, se evalúan
los aspectos geotécnicos relevantes propuestos por expertos o encontrados libros para la toma de
decisiones respecto al tipo de estructura que requiere el metro. Finalmente se plantean 2 propuestas
alternas que podrían considerarse en el diseño del metro.
11.1 ¿POR QUÉ EL DISEÑO DEL PROYECTO DEL METRO SUBTERRÁNEO
ES INVIABLE COMO SE PLANTEÓ?
Durante la investigación se encontró que uno de los principales problemas del proyecto del metro
subterráneo, además de los inconvenientes presentados al inicio de la revisión, es que el
procedimiento de diseño se realizó inadecuadamente. Para demostrar lo anterior, se tomó como
ejemplo el procedimiento que recomienda seguir la Austrian Society for Geomechanics (en
adelante OeGG), para el diseño de obras subterráneas. En la Tabla 11 se presenta una comparación
entre el procedimiento y los pasos a seguir que recomienda la OeGG y el proceso del diseño de la
estructura subterránea del metro (OeGG, 2010 ).
Tabla 11. Recomendaciones del diseño de una obra subterránea por la OeGG
OeGG Descripción C L1
Dis
eño
geo
técn
ico
(1)
Caracterización de
parámetros
geotécnicos
Se realiza la exploración geotécnica en la que se determina el modelo
geológico e hidrológico y se determinan los parámetros geotécnicos más
relevantes. Se clasifica el suelo en tramos con características geotecnias
similares.
(1)
(2)
Evaluación del
comportamiento
del suelo
Se evalúan todos los factores que alteran el comportamiento del suelo en
su estado natural. Dependiendo del tipo de suelo encontrado en cada
tramo, se evalúa la composición del material, se determina posición del
nivel freático, y se determinan los parámetros de resistencia del suelo.
(5)
(3)
Selección del
método de
excavación
Con base en los resultados del paso (1) y (2), se selecciona el método de
excavación, se estima el avance de la obra y se determina si se necesitan
métodos auxiliares para ejecutar la obra. (4)
(4)
Evaluación de la
viabilidad de la
excavación en el
trazado
Con base en el paso (3), se evalúa la interacción de la estructura con el
suelo utilizando herramientas que permitan desarrollar modelos para
evaluar el comportamiento de la estructura. Por otro lado, se mejora el
diseño estimando las dimensiones reales de la estructura y se verifica el
cumplimiento de los requerimientos de seguridad y servicio del sistema.
(3)
(5)
Detalles del
método de
excavación
Se mejora el plan de excavación con base en la probabilidad de
ocurrencia de los riesgos encontrados en los resultados de los modelos
realizados en el paso (4). (6)
(6) Se presenta un resumen con toda la documentación del proyecto,
presentando todos los reportes de los pasos anteriores (1-5). (7)
47
OeGG Descripción C L1
Reporte del plan
geotécnico
E
spec
ific
aci
on
es
(7)
Selección
definitiva del tipo
de excavación
Se asigna el tipo de estructura para cada tramo del alineamiento con
características similares y se entregan soportes que justifiquen la
selección del método con base en los estudios realizados.
(2)
Como se observa en la Tabla 11, la propuesta para el metro subterráneo es inviable de la forma en
que la planteo el Consorcio L1, debido a que había “un tramo importante de la modelación, donde
la concepción geométrica del túnel estaba dada con anterioridad y luego se realizaron los estudios
geotécnicos desaprovechando la información obtenida en el proceso de diseño” (SCG, 2014). Esto
último, tuvo una importante repercusión en las siguientes etapas dado que al llegar al paso 4, en el
que se determinan las dimensiones de las estructuras, las estaciones que se requerían para un túnel
de 10 metros de diámetro con plataforma en ambos costados no cabían debajo de la carrera 11 ni
de la carrera 13. Por lo tanto, la única solución fue rediseñar las estaciones y construir el tramo del
metro a que iría debajo de estas vías con el método de Cut and Cover. Esta solución aumento el
presupuesto de la obra ya que el volumen de excavación que requiere esta solución requiere de
plan de movimiento de tierras muy costoso. Además, como se mencionó en el contexto histórico,
dado a que el peso colombiano se devaluó por la caída del precio del petróleo, costear el material
que requerían los muros con las dimensiones anteriormente mencionadas, tenía un precio
extremadamente alto. Es por esto, que al observar el presupuesto total del proyecto tanto la línea
como las estaciones son los elementos más costosos.
En consecuencia, resulta bastante cuestionable la teoría de que fue necesario implementar un
diseño para el metro entre pantallas para los tramos con suelos de propiedades mecánicas bajas
con alta compresibilidad, baja resistencia al corte y alto contenido de agua. (IDU Producto 12,
2009, pág. 73). Por el contrario, el presidente de la Asociación Colombiana de Túneles y Obras
Subterráneas, asegura que hoy en día, de la ingeniera de diseño de tuneladoras permite que los
suelos de Bogotá se puedan excavar en su totalidad. El problema de como pasar por distintos
estratos es del diseñador de la tuneladora y los encargados de hacer la investigación geotécnica
son los subcontratistas de la empresa metro (Pardo, entrevista personal, 2016).
La realidad es que “las características de la tuneladora o del túnel se definieron por criterios de
conveniencia para ciertos contratistas, respaldados por una decisión política” (Salazar, entrevista
personal, 2016). Esto llevo a que se seleccionara una tuneladora con mayor área de sección
transversal de corte, para beneficiar a el consorcio español que ya tenía las tuneladoras de ese
tamaño. La única manera de haber continuado el proyecto hubiera sido cambiar al trazado a una
vía con mayor espacio, como la Caracas. No obstante, esto no fue posible ya que el IDU no
admitiría ningún cambio en el trazado del metro y mucho menos permitirá cambiar el trazado a
una vía donde ya había Transmilenio.
48
11.2 METRO SUBTERRANEO VS ELEVADO
Puntos relevantes para la selección de la alternativa
Figura 18. Caricatura opinión pública sobre la PLMB (Gráfico del autor)
Con el objetivo de evaluar las ventajas y desventajas de cada tipo de estructura, se realizó un
análisis en el cual se identificaron los principales aspectos que se consideran relevantes para este
documento. El resumen de las recomendaciones y puntos clave encontrados durante la
investigación se presentan anexos a este documento (Ver anexo No. 1).
En primer lugar, es necesario ratificar que las alternativas que se están evaluando son homogéneas,
es decir, que parten de las mismas condiciones. Por un lado, deben tener una misma finalidad y
por otro, deben considerar el mismo trazado. Una vez se haya garantizado lo anterior, es posible
comenzar con la evaluación.
49
En la práctica la mayoría de los análisis de beneficio/costo recomiendan seleccionar la alternativa
elevada, dado que esta es la que requiere una menor inversión y, por lo tanto, aparenta ser la
alternativa más rentable (ITA, 1990, pág. 40). Sin embargo, el acto de “valorizar” un proyecto
consiste en 3 aspectos importantes: (i) evaluar el costo de la infraestructura del proyecto, (ii)
calificar la calidad del servicio y (iii) evaluar el costo del impacto ambiental después de analizar
las medidas necesarias para mejorar o eliminar el impacto negativo de la alternativa seleccionada.
Por lo general, el impacto ambiental se evalúa como un aspecto positivo o negativo que puede
ocurrir por la construcción, la operación o el mantenimiento de un metro. El impacto puede deberse
a las interferencias del sistema con edificios, puentes, redes de servicios, entre otros; o al impacto
económico, ecológico y estético que involucra efectos físicos debidos a la geología, hidrología de
la ciudad, aspectos energéticos, entre otros. Por otro lado, la calidad del servicio además de
considerar los aspectos que hacen el tipo de estructura atractivo para los usuarios, también
considera el impacto en superficie y el tiempo de construcción. Esto último, se considera
especialmente relevante en ciudades en las que no se cuenta con el espacio ni la planeación urbana
para implementar un sistema que no interfiera con los demás medios de transporte u otras obras
cercanas al trazado, como es el caso del metro de Bogotá.
En segundo lugar, se recomienda que la alternativa cumpla con las 3 premisas básicas de diseño
(Franco, 2016):
La estructura debe ser segura y debe cumplir con toda la normatividad del país.
La estructura debe ser funcional y debe cumplir con todos los parámetros de servicio y
confort para el usuario.
La estructura debe ser estéticamente agradable para el público.
El primer parámetro tiene el inconveniente de que la estructura de un metro tiene requisitos
especiales y bajo ninguna circunstancia se puede diseñar con la actual normativa NSR-10 o la
normativa colombiana de diseño de puentes. Por lo tanto, se pueden utilizar las guías
internacionales de diseño de la AREMA, Eurocode 7, entre otros. En general, las estructuras casi
siempre cumplen con el parámetro de seguridad. No obstante, los siguientes dos parámetros son
los que realmente suponen un riesgo y los que se convierten en el eje central del mantenimiento
de las estructuras, porque puede que una estructura responda a la premisa de seguridad, pero puede
ocurrir que ese diseño no funcione para que cumpla con los requisitos de servicio o de estética de
una ciudad.
Mientras que el metro subterráneo afronta sus mayores complicaciones durante su etapa de
construcción debido a las condiciones del suelo y a la presencia de agua y los demás defectos
presentados en este documento, que cabe resaltar que estas circunstancias son todas previsibles y
controlables (Torres, 2016). El metro elevado tendría muchas complicaciones durante su operación
para no tener asentamientos, que en un principio no comprometen la seguridad del usuario, pero
sí el confort, como sucede en la mayoría de los puentes vehiculares en Bogotá. Cabe resaltar, que
particularmente en los sistemas férreos los requisitos son mucho más exigentes que en puentes
vehiculares y a pesar de que las estructuras se diseñan para controlar los asentamientos para un
tiempo indefinido (Betancour, entrevista personal, 2016), no es posible cuantificar la subsidencia
del suelo para los próximos 100 años.
50
En tercer lugar, se deben evaluar estudios en igualdad de condiciones. En lo que respecta a los
estudios geotécnicos actualmente se está evaluando una alternativa que permitió llevar el análisis
hasta una Fase III, mientras que el metro elevado aún no cuenta con estudios. La importancia de
evaluar las propuestas con base en el resultado de los aspectos geotécnicos e hidrológicos radica
en el hecho de que dichos estudios ofrecen información acerca de las dimensiones que debe tener
la estructura y además, dan respuesta a los posibles costos tangibles de recuperación de la
estructura ante un evento o contingencia natural, así como los costos intangibles por la no
utilización de la estructura en caso de que se deba interrumpir su operación, teniendo en cuenta
que es diferente el tiempo de construcción a el tiempo de no utilización. De las dos alternativas
separando sus respectivos tramos según el riesgo geotécnico, es posible hacer una caracterización
del evento y calcular su probabilidad de ocurrencia.
Asimismo, se deberá determinar si se tiene la tecnología disponible para implementar cualquiera
de las alternativas. Es importante tener en cuenta que dependiendo de para quien se está diseñando,
van a haber alternativas más favorables que otras. Con la maquinaria y las tecnologías disponibles
hoy en el mercado se pueden diseñar múltiples soluciones y todas eficientes. No obstante, si la
constructora que esté desarrollando el proyecto tiene los equipos que requiere la construcción para
la alternativa que se seleccione, esta puede ser más económica o no (Franco, entrevista personal,
2016).
Finalmente, por lo general se recomienda evitar la utilización de escalas o los paneles de expertos,
ya que no se sabe con claridad cuál es el peso de los criterios de calificación que se priorizan en el
momento de establecer los ponderadores de criterios. No obstante, esto no significa que las
conclusiones a las que se llegaron en los paneles de expertos no sean acertadas, por el contrario,
estas son las personas que cuentan con la experiencia, el conocimiento y la capacidad de desarrollar
el proyecto y, por lo tanto, es indispensable tener en cuenta sus recomendaciones.
51
Alternativa 1
En una encuesta realizada durante el Foro del metro de Bogotá, se les pregunto a los participantes
con base en su experiencia profesional, ¿Cuál alternativa consideran que es la mejor para el metro
de Bogotá?, así como los criterios que consideran ser los más importantes al evaluar el proyecto
del metro. A todos los participantes se les aclaró que la evaluación que se estaba llevando a cabo
consideraba específicamente los aspectos geotécnicos del proyecto. La distribución de las personas
que se entrevistaron se muestra en la Tabla 12.
Tabla 12. Personas encuestadas foro metro de Bogotá
Experiencia profesional No. Participantes
Administrador 1
Arquitecto 4
Economista 1
Finanzas y relaciones internacionales 1
Ing. Mecánico 1
Ing. Civil 22
Ing. Eléctrico 3
Ing. Industrial 3
Ing. de Sistemas 1
Periodista 1
Total 38
En respuesta al tipo de estructura que requiere la ciudad, la mayoría de los participantes prefiere
una combinación de los sistemas constructivos. Es decir, no es necesario optar por una alternativa
de un único tipo de estructura, si no por el contrario se podría considerar un sistema combinado
que se adapte a las condiciones geotécnicas del trazado y a las características urbanas del tramo.
La buena adaptación de un sistema combinado se evidencio en los casos de estudio exhibidos en
el capítulo anterior.
Figura 19. Preferencia para el tipo de estructura de metro
14%
44%
42%
Alternativa de estructura seleccionada
Elevado Subterraneo Combinado
52
Por otro lado, en la relación a los criterios que se consideran como más relevantes para seleccionar
una alternativa se debe recalcar que la mayoría de participantes concuerda en que tanto los estudios
de ingeniería de detalle como los resultados de los estudios de suelos, son los criterios más
importantes. A diferencia de lo que propone el Alcalde en los medios, tanto el ahorro de inversión
como la duración de los tiempos de construcción no son los principales parámetros a la hora de
seleccionar el tipo de estructura del metro que requiere la ciudad de Bogotá. Por otro lado, no es
sorprendente que la experiencia en la construcción de una estructura elevada no tenga un alto nivel
de importancia dentro de la calificación, dado que la mayoría de cimentaciones de las grandes
estructuras en la ciudad se hace con pilotes, lo cual indica que este parámetro es conocido por los
ingenieros colombianos y no se considera como un aspecto riesgoso.
Tabla 13. Evaluación de parámetros para el metro de Bogotá
Parámetros Importancia
Resultados de estudios de ingeniería de detalle 1
Resultados de estudios de suelos 1
Comportamiento de la estructura de acuerdo al perfil del suelo de Bogotá 2
Costo de mantenimiento de la estructura en el largo plazo 3
Desarrollo urbanístico y valorización del suelo 4
Experiencia en Colombia en la construcción de estructuras subterráneas 5
Disminución de los tiempos de construcción 6
Ahorro en la inversión del proyecto 7
Experiencia en Colombia en la construcción de estructuras elevadas 8
Alternativa 2
Para un caso hipotético, también se acentúa en evaluar el beneficio/costo de implementar una
alternativa subterránea pasando por la Avenida Caracas. Pues si bien, en una ciudad como Bogotá
en la que no se tuvo planeación urbana es muy difícil encontrar espacios para implementar la
solución que no impacte a los ciudadanos.
Es cierto que el presupuesto de 15 billones no es suficiente para completar el trazado anterior
como lo indican los medios, pero tampoco se ha hecho un nuevo análisis que evalúe un metro que
no necesariamente requiera pantallas en gran parte del trazado, ni uno que tenga el mismo número
de estaciones de la actual propuesta elevada. Pues si bien son estos dos aspectos los que mayor
impacto económico tienen en el presupuesto de la propuesta anterior (Ver anexo No. 3).
Durante el análisis se encontró que “el metro de Bogotá si se puede construir subterráneo y es más
barato que el sistema elevado a largo plazo” (Salazar, entrevista personal, 2016). Como propuesta
alterna se propone construir 2 túneles de vía única con una sección transversal más pequeña, junto
con estaciones de plataforma central. Ubicar una plataforma central es más eficiente, ya que
requiere menos ancho total. Además, es muy probable que el corredor de la Avenida Caracas
incluso en su punto más angosto requiera de menos tratamientos para mejorar las condiciones del
suelo pues cuenta con suficiente distancia para no afectar la cimentación de las estructuras vecinas
como ocurría en las carreras 11 y 13. Además una sección más pequeña tiene un área de corte
menor y como resultado menor heterogeneidad en el perfil del suelo que se está cortando.
53
Por otro lado, actualmente en el mercado mundial de estructuras subterráneas se están
desarrollando equipos que permiten evaluar el comportamiento de las estructuras a través de un
monitoreo geotécnico con transmisión en tiempo real antes, durante y después de la construcción.
Es decir que, a través de los resultados de los estudios geotécnicos de las Fases I, II y III, se pueden
optimizar los diseños al controlar todos los parámetros del comportamiento del terreno y del
soporte de las estructuras. La información es captada y transmitida a los diseñadores del túnel para
que estos ultimo puedan hacer el ajuste de sus modelos durante la construcción. Conocer las
características del terreno en el frente de excavación con este nivel de detalle pueden llevar a
ahorros del proyecto incluso entre el 10% al 25% (Salazar, 2016).
Por otro lado, al construir el metro a una profundidad de 30 metros no se interfiere con las redes
matrices del acueducto que como máximo se encuentran a una profundidad entre 4 a 8 metros y
mucho menos con las redes secundarias o domiciliarias que se ubican a máximo 3 metros de
profundidad. Lo que contrariamente ocurre con la cimentación del metro elevado (Pardo,
entrevista personal, 2016).
54
11. CONCLUSIONES
Independientemente de la solución constructiva que se elija, se debe contemplar un estudio de
suelos suficientemente detallado que permita establecer un diagnostico en el cual se reúnan los
parámetros geológicos, geotécnicos, geo mecánicos e hidrológicos necesarios para evaluar el
comportamiento de la estructura en sus futuras etapas. Los beneficios de una buena y detallada
exploración geotécnica, disminuyen la probabilidad de ocurrencia de falla durante los procesos de
excavación y de construcción, por consiguiente, ahorro en la inversión del proyecto.
No obstante, es evidente que para la propuesta subterránea se requiere de un mayor nivel de detalle
en la caracterización de los suelos, ya que esta alternativa afronta sus mayores complicaciones
durante la etapa de construcción. La probabilidad de encontrar variaciones en la estratigrafía de
los tramos no explorados, aumenta el riesgo del proyecto. Es decir, que entre menos ensayos se
hagan para identificar las condiciones del terreno es más probable que el costo de la inversión y
los tiempos de construcción aumenten.
Sin embargo, esto último no implica que a pesar de que se tenga experiencia en la construcción de
obras similares al tipo de cimentación que requiere el metro elevado, no van a haber retrasos
durante la etapa de construcción. De hecho, la duración y costos del proyecto también pueden
incrementar si no se cuenta con estudios de diseño bien definidos. Aunque los estudios geotécnicos
del metro subterráneo se pueden utilizar durante la etapa de pre-factibilidad de la fase 1 del metro
elevado, es necesario repetir los estudios de suelos para recopilar la información que haga falta
para evaluar la interacción de la cada uno de los apoyos con el suelo. Asimismo, es primordial
hacer un nuevo estudio de suelos para las fases 2 y 3. Se debe tener en cuenta que la zona norte
del trazado es donde se van a presentar las mayores complicaciones geotécnicas y por los tanto, es
donde se debe prestar mayor enfoque. A pesar de todo y sin haber completado los estudios técnicos,
la empresa metro ya inicio el traslado de las redes de servicios públicos y la compra de predios.
Por otra parte, la construcción de un metro para Bogotá implica una gran inversión que involucra
tanto los fondos de la nación como los del distrito. Por lo tanto, se debe seleccionar una solución
que realmente perdure en el tiempo y justifique dicha inversión. Sin embargo, la estructura del
metro elevado para la cual se aprobó la financiación es la de un metro con vida útil de 50 años y
no de 100 años como se ha recomendado en varios eventos académicos relaciones con el tema del
metro. Se debe reconocer que es un error y resulta mucho más perjudicial seleccionar la estructura
que indique tener los menores tiempos de construcción o los menores costos de inversión. A pesar
de esto, los medios se han encargado de presentar públicamente estos criterios como los más
importantes a la hora de seleccionar una alternativa manifestando y exhibiendo que la construcción
de un metro elevado es más económica. Sin embargo, es primordial tener claro que todos los
proyectos son diferentes, y que cada uno depende de escenarios únicos, con situaciones específicas
y condiciones geotécnicas diferentes.
En efecto, y tal como señala la presidenta de la Sociedad Colombiana de Ingenieros, “No podemos
exigir que el tener el dinero sea lo que prime en la contratación, lo que tiene que primar es el
conocimiento y la organización de un ingeniero o una empresa para ejecutar una obra” (Burla,
entrevista radial, 2016).
55
En relación a los casos de estudio y la infraestructura para los metros de otras ciudades en el
mundo, es usual observar en ciudades europeas soluciones con metros subterráneos en casi toda la
red, a excepción de las zonas periféricas en las que es común construir el metro a superficie o un
viaducto. Esto se debe a que los planes de ordenamiento en estas ciudades son mucho más estrictos
y la preservación de estructuras con patrimonio histórico tienen un papel muy importante en la
forma en cómo se planean las soluciones para la movilidad. Por lo tanto, a pesar de que la estructura
del metro subterráneo, por lo general es más costosa, existen otros factores que priman antes de
seleccionar una estructura elevada. En caso contrario, en las redes latinoamericanas la solución en
viaducto es más concurrente, pero se alterna con estructuras subterráneas en lugares densamente
poblados donde la construcción para una estructura aérea o a cielo abierto es absolutamente
inviable. En todo caso independientemente de las condiciones del suelo, las experiencias en la
construcción de metros en el mundo han demostrado que la mayoría de problemas técnicos
encontrados se pueden resolver siempre y cuando se dispongan los recursos para hacerlo. Pues si
bien, no se trata de que la estructura cumpla únicamente la premisa de seguridad sino también debe
tener en cuenta el confort del usuario y la estética de la estructura.
Finalmente se observa que el contexto historio responde al principio de que los proyectos del metro
dependen fundamentalmente del costo de la solución constructiva que se seleccione y de la
voluntad política. Con todas las recomendaciones técnicas planteadas en este documento, se
evidencia que ya están disponibles todas las herramientas para ponerle fin a la interminable
contratación de nuevos estudios. Únicamente hace falta encargar una entidad privada libre del
control político, que se encargue de delegar los aspectos técnicos del proyecto.
Desde el punto de vista geotécnico tanto la propuesta de la estructura del metro elevado como la
propuesta del metro subterráneo son viables, siempre y cuando, se cumplan con todos los requisitos
mínimos de diseño.
56
12. BIBLIOGRAFÍA
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59
ANEXOS
ANEXO 1
En el siguiente apartado se detallan algunos de los riesgos técnicos que se consideran relevantes dentro del contexto de este documento.
Cada uno de los puntos marcados, representan los beneficios y desventajas de los tres métodos constructivos. Los aspectos desfavorables
se resaltan no con el fin de desacreditar ninguna alternativa, sino con el propósito de resaltar los aspectos a los cuales se les debe prestar
mayor atención en el diseño.
Tabla 14. Consideraciones para cada tipo de estructura del metro
DESCRIPCIÓN TIPO CONSIDERACIONES SOBRE EL METODO
Tie
mp
o d
e co
nst
rucc
ión
Asociados a la incertidumbre por
el desconocimiento de parámetros
o por la falta de información de
variables que no se puedan
estimar, en cualquiera de las
actividades del cronograma.
También se debe a los procesos
con un riesgo geológico alto.
Cimentación
con Pilotes
El método de construcción permite trabajar con múltiples frentes de excavación
simultáneamente.
Las actividades que se deben desarrollar para construir la cimentación son muy rápidas y
fáciles de efectuar. No requieren de un control especializado para ejecutar la obra.
La experiencia nacional en la construcción de obras similares agiliza los procesos
constructivos.
Túnel
con máquina
tuneladora EPB
Permite realizar excavaciones continuas, sin parar la operación de la maquina por varios
kilómetros. La automatización de la maquina acelera los procesos constructivos.
La velocidad de avance depende del número de tuneladoras excavando simultáneamente.
El tiempo de construcción aumenta a razón del tamaño del diámetro de la tuneladora.
El diseño de la máquina y de los escudos puede tardar entre 12 a 15 meses para maquinas
nuevas y 7 a 9 meses para reacondicionar maquinas utilizadas.
El traslado de las maquinas a Colombia desde otros lugares del mundo puede tardar varios
meses adicionales al tiempo que se requiere para el ensamblaje.
Cut
and
Cover
El método es muy demorado y presenta muchas complicaciones debidas a riesgos geológicos
que normalmente retrasan la obra.
Durante la construcción pueden ocurrir atrasos debido al desconocimiento parcial de las
características del suelo que se está excavando o por la presencia de redes de servicios (ej.:
Deprimido de la Calle 94).
Se requiere de la organización de un personal un extenso para asegurar que no se estén
incumpliendo los cronogramas de las actividades programadas.
60
DESCRIPCIÓN TIPO CONSIDERACIONES SOBRE EL METODO
So
bre
cost
os
Debidos a la falta de planeación y
falta de documentación técnica
que sustente los diseños. También
están asociados a la toma de
decisiones, utilizando diseños con
bajos estándares internacionales o
al incumplimiento de requisitos
mínimos de diseño.
Cimentación
con Pilotes
El costo de la estructura que requiere el metro elevado es mucho menor frente a las demás
alternativas.
Los diseños geotécnicos tienen menor incertidumbre, ya que se tiene un mejor conocimiento
del material que compone el subsuelo sobre el cual se apoyan las columnas del viaducto.
Se debe considerar la compra de predios anticipadamente para evitar sobrecostos por retrasos
en la construcción o por modificaciones del trazado.
Dentro del presupuesto se debe considerar el coste de cerrar las vías durante el tiempo de
construcción de la obra, el precio de la compra de predios y el coste por reparación de
estructuras afectadas, si ha lugar.
La cimentación que requiere la estructura del metro elevada es mucho más costosa que la
cimentación convencional de los puentes vehiculares. Esta puede llegar a costar casi la mitad
del total del presupuesto. (Franco, 2016).
Túnel
con máquina
tuneladora EPB
Utilizando instrumentos que permitan fusionar la información de la investigación geotécnica
con las especificaciones del proyecto, se pueden generar ahorros entre el 10 al 25% del
presupuesto.
El precio de las maquinas varía de acuerdo a las especificaciones que requiera el proyecto y
a los modos de operación adicionales. (Ej: Metro de Rio de Janeiro)
La heterogeneidad de los suelos de Bogotá, obliga que el diseño de las maquinas se
acondicione para cortar suelos blandos y rígidos. Esto aumenta el precio debido a que el
desgaste de los escudos es mayor.
Sobrecostos por retrasos en el cronograma que implican más tiempos de operación de la
máquina.
Cut
and
Cover
Dentro del presupuesto se debe considerar el coste de cerrar las vías durante el tiempo de
construcción de la obra, el precio de la compra de predios y el coste por reparación de
estructuras afectadas, si ha lugar.
Los retrasos en los tiempos de construcción se transforman en sobrecostos que pueden hasta
triplicar el presupuesto de la obra (ej.: Deprimido de la Calle 94).
El precio de la maquinaria y del material que se requiere para construir los muros y demás
elementos que componen el túnel, se traducen en sobrecostos, que pueden surgir por cambios
de tasas internacionales, acuerdos públicos, entre otros. (ej.: Caso metro de Bogotá)
61
DESCRIPCIÓN TIPO CONSIDERACIONES SOBRE EL METODO
Ca
ract
erís
tica
s g
eoté
cnic
as,
geo
lóg
ica
s e
hid
roló
gic
as
a l
o l
arg
o d
el t
raza
do
El riesgo está asociado a la
incertidumbre por el
desconocimiento parcial de la
estratigrafía del terreno. Se deben
revisar las características geo
mecánicas del suelo, la
profundidad a la cual se encuentra
el nivel freático, la estabilidad del
terreno, entre otros.
Cimentación
con Pilotes
La capacidad portante del suelo incide sobre las dimensiones de los pilotes. En el caso de
Bogotá, es evidente que los pilotes deben trabajar por fuste y por esto deben ser más
profundos y deben tener menor diámetro para que el diseño sea eficiente.
Es probable que cuando el metro entre en operación, los apoyos se asienten en el futuro por
los problemas de subsidencia de la ciudad. Esto puede no afectar la seguridad del usuario,
pero si pueden repercutir el confort del sistema.
Túnel
con máquina
tuneladora EPB
Menos susceptibles a los cambios de estratos, las tuneladoras pueden excavar terrenos con
condiciones geotécnicas complejas y suelos bajo el nivel freático. El diseño de la maquina se
puede adaptar a cualquier tipo de terreno.
Tuneladoras con área de corte transversal más pequeña minimizan el riesgo geotécnico.
El control de presiones de la tuneladora EPB, permite excavar en terrenos con el nivel freático
cercano a la superficie. Esto evita tener que utilizar técnicas de abatimiento del nivel freático.
Los escudos presurizados impiden la penetración del agua a la estructura.
Los cambios en los estados de esfuerzos principales y los fenómenos hidrogeológicos se
amplifican considerablemente cuando el diámetro del túnel aumenta.
La probabilidad de tener problemas por excavar en suelos heterogéneos con propiedades geo
mecánicas distintas aumenta a razón del tamaño del diámetro de la tuneladora.
Riesgos por lluvias o inundaciones de avenidas por niveles freáticos elevados, infiltraciones
o fugas de agua en tuberías existentes, etc. (ALOP, s.f. ).
Riesgos por deslizamientos o caída del material suelto.
Cut
and
Cover
Dependiendo de la zona y la permeabilidad del suelo se tienen en menor o mayor escala
problemas geotécnicos.
Las pantallas pueden formar un efecto “barrera”, ya que se obstaculiza la trayectoria del flujo
del agua subterránea. Provocando consolidación del suelo aguas arriba de la estructura.
Riesgos por lluvias o inundaciones de avenidas por niveles freáticos elevados, infiltraciones
o fugas de agua en tuberías existentes, etc.
Riesgos por deslizamientos o caída del material suelto.
Riesgo por volcamiento de los taludes debido al empuje del suelo.
Dis
po
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equ
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de
exca
va
ción
Los parámetros para seleccionar
el tipo de máquina, dependen de
los resultados de la
caracterización geotécnica y de la
disposición de los equipos para
excavar el suelo.
Cimentación
con Pilotes
Las maquinas que se requieren para la excavación, está disponible en el mercado nacional.
El personal nacional tiene experiencia en el montaje y uso de los equipos. No es necesario
capacitar el personal para el manejo de las maquinas.
Túnel
con máquina
tuneladora EPB
Seleccionar un contratista que tenga disponibilidad de las maquinas es bueno, siempre y
cuando el tamaño y funciones de la máquina respondan a los requerimientos específicos del
proyecto.
62
DESCRIPCIÓN TIPO CONSIDERACIONES SOBRE EL METODO
Hay poco personal nacional capacitado para el manejo de máquinas tuneladoras EPB en
suelos arcillosos como los de Bogotá.
No existen muchas maquinas tuneladoras en el mundo y el diseño de una maquina nueva es
muy costoso.
Cut
and
Cover
Las maquinas que se requieren para la excavación, está disponible en el mercado nacional.
El personal nacional tiene experiencia en el montaje y uso de los equipos. No es necesario
capacitar el personal para el manejo de las maquinas.
Tra
tam
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tos
del
su
elo
Incide en las características de
resistencia del suelo. Cuando se
tiene un suelo de excavación con
propiedades geo mecánicas
desfavorables se implementan
tratamientos especiales para
alcanzar los niveles requeridos.
Cimentación
con Pilotes
Dependiendo de qué tan competente es el suelo en donde se va a realizar la excavación y de
la profundidad a la cual se encuentra el estrato rocoso, se debe considerar o no utilizar
tratamientos para mejorar las propiedades del suelo.
Túnel
con máquina
tuneladora EPB
Requiere de inyecciones de material cementante entre el espacio sobre excavación (Diámetro
de la tuneladora es más grande que el diámetro del anillo) para evitar que el suelo se estabilice
durante la excavación.
La compactación del suelo incide en la propagación de convergencias o cierres en la cara del
túnel. Los tratamientos del suelo se deben utilizar si el suelo no es competente para excavar
el túnel.
Requiere métodos como Jet-grouting, inyecciones de consolidación, micro pilotes de anclaje,
entre otros para controlar las afecciones a estructuras vecinas.
Requiere de técnicas para impermeabilizar las paredes del túnel, para evitar infiltraciones del
agua por las paredes.
Cut
and
Cover
Requiere métodos como Jet-grouting, inyecciones de consolidación, micro pilotes de anclaje,
etc., para controlar los empujes en la contra bóveda.
En algunos casos requiere de estructuras o tratamientos del suelo para garantizar la estabilidad
de la estructura durante la construcción.
Requiere de técnicas para impermeabilizar las pantallas del túnel, para evitar infiltraciones
del agua por las paredes.
Inte
rfer
enci
a c
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red
es d
e se
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pú
bli
cos
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on
otr
as
estr
uct
ura
s
Si el método constructivo o la
cimentación de la estructura
interfiere con las redes de
servicios públicos, estas se deben
trasladar.
Si una estructura existente
obstaculiza la estructura del
metro, el diseño del trazado o la
Cimentación
con Pilotes
La ciudad no cuenta con mapas que muestren la ubicación de las redes de servicios públicos.
Ninguna institución tiene un registro de lo que hay enterrado en las calles.
Existen varios puentes vehiculares que obstaculizan el trazado del metro elevado. En este
caso sería necesario elevar las columnas de soporte del viaducto. En consecuencia, implica
diseñar columnas más altas con cimentaciones más profundas y con dimensiones más
grandes.
Para evitar la interferencia con las estaciones de Transmilenio, se requieren luces del
viaducto. En consecuencia, se debe diseñar una estructura de cimentación más robusta.
63
DESCRIPCIÓN TIPO CONSIDERACIONES SOBRE EL METODO
estructura física del metro se debe
modificar.
Interferencia con estaciones de Transmilenio en el trazado a lo largo de la Caracas. La
solución implica demoler la vía parcialmente y reconstruirla, esto significa que se requiere
trasladar a los usuarios de Transmilenio a otro corredor.
La ciudad no cuenta con un POT, ni con ningún tipo de reglamentación en la que se
especifique la altura a la que debe diseñarse la estructura del metro.
La cimentación con pilotes intersecta todas las redes de servicios públicos, que se encuentren
dentro del trazado propuesto.
Requiere el cierre temporal o total de las vías por donde pasa el trazado para la construcción
y operación del metro.
Requiere de un plan de manejo del tráfico para desviar el flujo vehicular y la demanda de
pasajeros durante el periodo de construcción.
Túnel
con máquina
tuneladora EPB
No interfiere con las redes matrices de acueducto (ubicadas entre 4 a 8 metros de profundidad)
ni las redes secundarias o domiciliarias (hasta 3 metros). El túnel se diseña a una profundidad
aproximadamente 3 diámetros por debajo de las redes matrices.
Los Metros son obras que se desarrollan en un entorno urbano que preferencialmente se han
construido con el uso de túneles (Salazar, 2016).
Dificultad en el control del material cortado en el frente de excavación, esto podría llevar a
la destrucción de estructuras existentes no detectadas con anterioridad.
Cut
and
Cover
Requiere el cierre temporal o total de las vías por donde pasa el trazado para la construcción
y operación del metro. Los equipos de excavación son muy grandes y ocupan la totalidad de
la vía a excavar.
Requiere de un plan de manejo del tráfico para desviar el flujo vehicular y la demanda de
pasajeros durante el periodo de construcción.
Fa
lla
s en
la e
stru
ctu
ra e
n e
l la
rgo
pla
zo
Riesgo asociado al
comportamiento de la estructura
en el largo plazo. Los diseños de
los elementos estructurales deben
cumplir con las premisas de
diseño para que la estructura
alcance la vida útil para la cual
fue diseñada.
Cimentación
con Pilotes
Requiere de un análisis individual para cada uno de los apoyos que soportan la superestructura
del puente, para no sobrepasar los valores máximos de asentamientos que superen las
pendientes permitida en sistemas férreos.
Si se prolonga el efecto de los asentamientos y deformaciones del suelo en la vida útil de la
estructura, es muy probable que se presenten discontinuidades en los soportes de la
superestructura, lo cual es inadmisible en un sistema férreo.
Túnel
con máquina
tuneladora EPB
Se pueden prevenir fallas por deformación del túnel ubicando instrumentos que monitoreen
el comportamiento de la estructura.
Los asentamientos no afectan el túnel, ya que este se deforma de la misma manera que lo hace
el suelo.
En zonas con suelos muy deformables con cargas puntuales, se requiere especial cuidado
durante el proceso constructivo, para evitar que el escudo quede atrapado en la tierra.
El asentamiento en superficie es directamente proporcional a la profundidad a la que se ubica
el túnel e inversamente proporcional al tamaño de la cara de túnel. Entre más cercano este el
64
DESCRIPCIÓN TIPO CONSIDERACIONES SOBRE EL METODO
túnel a la superficie, menor es el asentamiento, por el contrario, entre mayor diámetro, mayor
deformación.
Cut
and
Cover
Los sistemas de abatimiento del agua generan asentamientos importantes durante la
construcción o posteriores a la misma, si no se controlan oportunamente.
La presencia de aguas subterráneas y el bombeo del agua hace que se pierda material granular
en el suelo, generando asentamientos. Se recomienda llevar a cabo excavaciones con suelos
lo más secos posibles.
Dis
eño g
eom
étri
co y
ma
teri
al
rod
an
te
Se evalúan condiciones
geométricas longitudinales y
transversales (en el caso de obras
subterráneas). Se evalúan
elementos como el diámetro del
túnel, la profundidad de
excavación, la ubicación de las
cimentaciones, entre otros. Por
otro lado, se evalúan las
características del material
rodante para dimensionar la
estructura y en el caso de la
estructura elevada se consideran
las cargas aplicadas por el
arranque y frenado del tren, así
como las cargas por el peso del
vehículo y las vibraciones
generadas por el movimiento.
Cimentación
con Pilotes
La ubicación de los apoyos y las dimensiones de la cimentación dependen directamente de la
longitud de la luz del viaducto. Se esperaría no tener luces que superen 30 a 50 metros.
El alineamiento horizontal y vertical de una estructura elevada, tiene un papel muy importante
dentro del diseño. Se deben cumplir con todos los requisitos que exija la velocidad de diseño
seleccionada para evitar el cierre de la obra. (ej.: Línea 12, Metro Ciudad de México).
Se deben conocer las dimensiones del material rodante con anterioridad para diseñar la
estructura que soporte las cargas impuestas por el vehículo. Estas últimas pueden llegar a ser
el doble de las cargas que se consideran en el diseño de puentes vehiculares.
Túnel
con máquina
tuneladora EPB
Mayor rendimiento de avance cuando se utiliza una geometría circular con área de corte más
pequeña.
Se pueden utilizar métodos manuales de excavación para complementar la geometría de la
excavación si así se requiere.
Es recomendable seleccionar una geometría circular, para que se forme el “efecto arco” y de
esta manera el suelo permanezca estable durante la excavación.
Las características geométricas mínimas se adaptan a los gálibos que requiere el material
rodante seleccionado.
El riesgo de subsidencia, hundimientos o deformaciones en superficie aumenta a medida que
el área de la sección transversal aumenta. Esto se debe a que la distribución de presiones es
mayor y es probable que en un cambio de estrato los lodos bentónicos salgan a superficie y
afecten las estructuras.
Cut
and
Cover
Permite tener mayor flexibilidad en la construcción. La geometría de la sección de excavación
no es una limitación al utilizar este método.
Se requieren conocer las características del material rodante para cumplir con todas las
especificaciones del diseño: Altura de gálibos, anchos de vía, anchos de andenes, entre otros.
65
DESCRIPCIÓN TIPO CONSIDERACIONES SOBRE EL METODO
Vu
lner
ab
ilid
ad
sís
mic
a
La rigidez y flexibilidad de la
estructura depende de las
características de los espectros
sísmicos en la zona en que se
sitúa la estructura. Se debe
caracterizar y evaluar las
propiedades mecánicas, estáticas
y dinámicas de los depósitos
donde se construirá el metro, ya
que estos responden de manera
diferencial según el tipo de
estructura.
Cimentación
con Pilotes
Se requiere una mejor caracterización del suelo por el rebote de ondas en el borde oriental de
la ciudad.
La tipología de un metro elevado se considera como una estructura de un péndulo invertido,
para el cual las estructuras de soporte necesitan de mayor análisis.
Supone un riesgo de seguridad muy alto en Bogotá. Debido al rebote de ondas en el borde
oriental de la ciudad, la amplificación dinámica es muy alta en el caso de viaductos.
Las cimentaciones profundas tienen un mejor comportamiento durante un sismo en
comparación a las cimentaciones superficiales. No obstante, las cimentaciones profundas
tienen mayor riesgo de asentamiento.
La alta resistencia a la deformación y la rigidez de la estructura impiden la movilidad de la
estructura dando lugar a grietas en la estructura.
Túnel
con máquina
tuneladora EPB
La estructura se puede diseñar de tal forma que se comporte de manera similar a como se
mueve el terreno durante un evento sísmico. (ej.: Línea 12, Metro de Ciudad de México).
El riesgo de que la estructura colapse, depende de los requisitos sismo resistentes con los que
se diseñe la estructura y de la probabilidad de ocurrencia de un evento que supere los registros
de otros eventos ocurridos en el pasado. (Igual en estructura elevada o para estructura con
Pantallas).
Cut
and
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La estructura se compone por elementos rígidos poco flexibles, y poco dúctiles, dando lugar
a grietas durante un evento sísmico (ALOP, s.f. ).
Derrumbe de la estructura, caída del material suelo, volcamiento de los muros o
levantamiento de la losa inferior, inducidos por un evento sísmico.
Beneficio de la solución constructiva
Aspecto Condicional (Efecto positivo o negativo de acuerdo al contexto en que se analice)
Desventaja de la solución constructiva
66
ANEXO 2
Tabla 15. Distribución por estructura sobre el trazado del metro subterráneo
Tramo Abscisa
Inicio
Abscisa
Final
Longitud
(m) Sección Método
Profundidad
(m)
1
K0+000,000 K0+292,342 292,342 Tramo Tuneladora
K0+292,342 K0+936,868 644,53 Tramo Pantallas
K0+936,868 K1+145,068 208,20 Estación Portal de las
Américas Pantallas 23,9
K1+145,068 K1+716,345 571,28 Tramo Tuneladora
K1+716,345 K1+924,545 208,20 Estación Casablanca Pantallas 23,9
K1+924,545 K2+401,297 476,75 Tramo Tuneladora
K2+401,297 K2+609,497 208,20 Estación Villavicencio Pantallas 23,9
K2+609,497 K3+274,575 665,08 Tramo Tuneladora
K3+274,575 K3+482,775 208,20 Estación Palenque Pantallas 23,9
K3+482,775 K4+072,587 589,81 Tramo Tuneladora
K4+072,587 K4+280,787 208,20 Estación Kennedy Pantallas 23,9
K4+280,787 K5+329,516 1048,73 Tramo Tuneladora
K5+329,516 K5+537,716 208,20 Estación Boyacá Pantallas 23,9
K5+537,716 K6+142,695 604,98 Tramo Tuneladora
K6+142,695 K6+350,895 208,20 Estación 1º de Mayo Pantallas 23,9
K6+350,895 K6+667,442 316,55 Tramo Tuneladora
2
K0+000,000 K0+293,582 293,58 Tramo Tuneladora
K0+293,582 K0+519,782 226,20 Estación Avenida 68 Pantallas 23,9
K0+519,782 K1+470,727 950,95 Tramo Tuneladora
K1+470,727 K1+678,927 208,20 Estación Rosario Pantallas 23,9
K1+678,927 K2+845,982 1167,06 Tramo Tuneladora
K2+845,982 K3+054,183 208,20 Estación NQS Pantallas 23,9
K3+054,183 K4+128,864 1074,68 Tramo Tuneladora
K4+128,864 K4+391,066 262,20 Estación Santander Pantallas 23,9
K4+391,066 K4+920,034 528,97 Tramo Tuneladora
K4+920,034 K5+182,234 262,20 Estación Nariño Pantallas 23,9
K5+182,234 K5+739,806 557,57 Tramo Tuneladora
K5+739,806 K6+002,008 262,20 Estación Hortua Pantallas 23,9
K6+002,008 K7+035,904 1033,90 Tramo Tuneladora
K7+035,904 K7+298,104 262,20 Estación San Victorino Pantallas 23,9
K7+298,104 K7+329,293 31,19 Tramo Tuneladora
3
K0+000,000 K0+366,949 366,95 Tramo Tuneladora
K0+366,949 K0+629,149 262,20 Estación Lima Pantallas 23,9
K0+629,149 K1+009,489 380,34 Tramo Tuneladora
K1+009,489 K1+332,389 322,90 Estación La Rebeca Pantallas 28,1
K1+332,389 K2+401,754 1069,37 Tramo Tuneladora
K2+401,754 K2+664,025 262,27 Estación Parque Nacional Pantallas 23,9
67
Tramo Abscisa
Inicio
Abscisa
Final
Longitud
(m) Sección Método
Profundidad
(m)
K2+664,025 K3+233,044 569,02 Tramo Tuneladora
K3+233,044 K3+654,245 421,20 Estación Gran Colombia Pantallas 20,4
K3+654,245 K3+949,740 295,50 Tramo Pantallas
K3+949,740 K4+364,945 415,21 Estación Marly Pantallas 20,4
K4+364,945 K4+810,422 445,48 Tramo Pantallas
K4+810,422 K5+072,662 262,24 Estación Santo Tomas Pantallas 20,4
K5+072,662 K5+555,918 483,26 Tramo Pantallas
K5+555,918 K5+764,118 208,20 Estación Plaza Lourdes Pantallas 20,4
K5+764,118 K6+166,138 402,02 Tramo Pantallas
4
K0+000,000 K0+454,740 454,74 Tramo Pantallas
K0+454,740 K0+716,941 262,20 Estación Av. Chile Pantallas 20,4
K0+716,941 K1+390,419 673,48 Tramo Pantallas
K1+390,419 K1+670,914 280,50 Estación Calle 85 Pantallas 20,4
K1+670,914 K2+607,461 936,55 Tramo Pantallas
K2+607,461 K2+887,961 280,50 Estación Parque 93 Pantallas 20,4
K2+887,961 K3+416,103 528,14 Tramo Pantallas
K3+416,103 K3+696,603 280,50 Estación calle 100 Pantallas 20,4
K3+696,603 K4+875,871 1179,27 Tramo Pantallas
K4+875,871 K5+084,071 208,20 Estación Usaquén Pantallas 20,4
K5+084,071 K5+882,351 798,28 Tramo Pantallas
K5+882,351 K6+221,751 339,40 Estación Calle 127 Pantallas 25,4
K6+221,751 K6+902,400 680,65 Tramo Pantallas
68
ANEXO 3
Tabla 16. Presupuesto para PLM subterráneo
Ítem Precio (COP) Precio (US) % Incidencia
Estudios y diseños $ 222.859.871.706,00 $ 112.840.441 2,0%
Línea $ 2.736.826.553.420,00 $ 1.385.734.964 24,1%
Obras de estructuras afectadas $ 17.398.607.784,00 $ 8.809.422 0,2%
Puesto Central de control $ 25.786.960.657,00 $ 13.056.689 0,2%
Urbanismo y paisajismo $ 409.032.863.311,00 $ 207.105.247 3,6%
Desvió de redes y recuperación $ 542.264.231.184,00 $ 274.564.168 4,8%
Desvió de trafico $ 150.812.612.349,00 $ 76.360.816 1,3%
Estaciones $ 4.491.496.454.048,00 $ 2.274.175.420 39,5%
Talleres y Cocheras $ 366.173.734.879,00 $ 185.404.423 3,2%
Alimentación eléctrica $ 230.906.433.743,00 $ 116.914.650 2,0%
Señalización y control de trenes $ 188.103.974.743,00 $ 95.242.519 1,7%
Puertas anden $ 115.915.200.000,00 $ 58.691.241 1,0%
Comunicaciones $ 164.651.476.644,00 $ 83.367.836 1,4%
Superestructura de la vía $ 170.042.568.738,00 $ 86.097.503 1,5%
Material rodante $ 1.167.879.810.565,00 $ 591.331.550 10,3%
Ramal Técnico $ 365.702.103.224,00 $ 185.165.622 3,2%
$ 11.365.853.456.995,00 $ 5.754.862.510
AIU(20%) $ 2.273.170.691.399,00 $ 1.150.972.502
$ 13.639.024.148.394,00 $ 6.905.835.012
69
ANEXO 4
Figura 20. Línea de tiempo de la PLMB
70
ANEXO 4
Figura 20. Línea de tiempo de la PLMB
