1991

profundo:

cuarta salida artificial

Dirección General de Construcción y Operación Hidráulica/Secretaría General de Obrac/DDF

La ciudad de México es de origen lacustre y carece de salidas naturales por estar ubicada en un valle de cuenca cerrada, la evacuación de las aguas que confluyen en ella ha representado un reto para sus habitantes. Esto agregado a la problemática del subsuelo, a las condiciones pluviales de la zona y al crecimiento de la mancha urbana, ha conducido al gobierno citadino a construir el Sistema de Drenaje Profundo de la ciudad de Mexico. Por su magnitud, inversión

y propósito de aliviar el problema de inundaciones, en esta obra monumental se han empleado procedimientos constructivos modernos y la más alta tecnología, en cada una de sus etapas de construcción.

Por ser una cuenca cerrada la del valle de México, fueron inauguradas en 1900. La primera red de sin salidas naturales para evacuar las aguas que drenaje por gravedad, consistente en un sistema confluyen en ella, los primeros habitantes del valle, de tuberías que descargaba al Gran Canal, fue y en particular los de nuestra ciudad, entablaron terminada en 1930, pero a consecuencia del una lucha permanente para evitar que el incremento crecimiento demográfico y de la expansión urbana, en los niveles de los lagos, en época de lluvias, este sistema se volvió insuficiente. Esto agravó ocasionara daños físicos y materiales. Fue así como el problema por el hundimiento cada vez más se abocaron a construir bordos y diques (año 1450), acelerado del suelo, provocado por la explotación sin crear ningún sistema para su desalojo; sólo de los acuíferos, lo que trajo como consecuencia pensaron en contener las aguas. el deterioro de la red de drenaje y la disminución En 1555, se construyó el albarradón de San Lázaro de su capacidad para desalojar las aguas del y en 1607 se inició la construcción de un túnel en la valle; esto propició la ampliación del Gran Canal y zona de Nochistongo, al noroeste del valle de México, la construcción del segundo Túnel de Tequisquiac De esta manera, el valle dejó de ser una cuenca (año 1950), constituyendo la tercera salida artificial, cerrada, para contar con su primera salida artificial independientemente de que la red de drenaje de agua. Sin embargo, por falta de revestimiento, el proyectada para trabajar por gravedad requería de túnel quedó inutilizado y se decidió sustituirlo por un bombeo para elevar las aguas hasta el nivel del Gran tajo. Esta primera salida artificial alteró la ecología Canal, con el incremento consecuente en los costos del valle, debido a que el nivel de los lagos ya no de operación y mantenimiento.

crecía como antes y la ciudad se extendió al crear Con objeto de recibir y desalojar las aguas del los diques áreas seguras, con lo que la población se oeste de la cuenca y descargarlas a través del Tajo de concentró en las orillas de

los

inundaciones alcanzaba hasta 3 m de altura y se Para 1970, nuevamente el desmesurado creci- pensó en la realización de un proyecto de desagüe miento de la ciudad de México, así como el incre- de la ciudad, el cual condujo a la construcción mento de su hundimiento, tornaron insuficientes las del Gran Canal de Desagüe y el primer Túnel de capacidades de drenaje del Gran Canal y del Emisor Tequisquiac, segunda salida artificial, obras que del Poniente (véase ilustración 1).

Por la problemática antes mencionada y tomando en cuenta que la ciudad de México se encuentra ubicada dentro de una cuenca de 9600 km2, cuyas condiciones pluviales son de gran intensidad de junio a septiembre, cuando se precipita aproximadamente el 80% del volumen de lluvias anual, lo cual provoca deficiencias en la estructura superficial, se hizo necesario que la ciudad contara con un sistema de drenaje que no fuera afectado por los asentamientos del terreno, que no requiriera de bombeo, que funcionara exclusivamente por gravedad y que desalojara las aguas por una cuarta salida artificial.

En 1969, se dio inicio a la construcción del Sistema de Drenaje Profundo de la ciudad de México, como la mejor solución. Este sistema de tipo combinado, opera exclusivamente en época de lluvias y alivia de manera permanente a la ciudad del problema de inundaciones, en forma conjunta con el Sistema de Regulación de Presas y Lagunas.

Descripción

El Sistema de Drenaje Profundo está constituido por un túnel principal denominado emisor y una serie de

tres túneles interceptores: centro-poniente, central y oriente (véase cuadro 1 e ilustración 2).

Para la conducción y el control de los caudales de las redes secundaria y primaria al drenaje profundo, es necesaria la construcción de estructuras que contemplan: cajas de captación y de control, colectores de alivio, cámaras en espiral, cimacios, lumbreras adosadas y vertedores; dichas estructuras constituyen una parte importante del sistema mencionado.

Procedimiento constructivo

La construcción de la red del Sistema de Drenaje Profundo es muy compleja, debido a la colocación en diferentes tipos de materiales (desde roca hasta arcillas blandas). Es importante mencionar que con base en las características del subsuelo y en los sondeos previos a la excavación y conforme a la zonificación propuesta por Marsal y Mazari, se emplean procedimientos constructivos diferentes, de los cuales el que mas problemas presenta es el de túneles en arcillas francas compresibles de la ciudad de México, con un alto contenido de agua que fluctúa entre 400% y 600%, baja resistencia y con un peso volumétrico de 1.20 ton/m3.

A partir de estas características, se efectuó un minucioso estudio de varias opciones, tendiente a contrarrestar las posibles fallas que pudieran presentarse durante la excavación del túnel. Fue así como en 1972 se optó por el empleo de escudos de frente abierto (véase ilustración 3) y por la aplicación de aire comprimido para estabilizar la excavación.

mediante 7 piezas: 4 normales, 2 tangenciales y una cuña (véase ilustración 4).

El diámetro interior del revestimiento primario es de 5.56 m y conforme los anillos colocados en el faldón del escudo van saliendo del mismo, se realiza la inyección de contacto entre el terreno natural y la dovela, cuya mezcla esta integrada por bentonita, arena sílica, cemento y agua, con la finalidad de llenar el espacio anular de 0.07 m dejado por el faldón del escudo.

El suministro de aire comprimido para estabilizar el frente de excavación se efectúa mediante compresores de baja presión, seguidos de filtros, enfriadores, y reguladores entre otros, cuya misión es hacer saludable el aire introducido al túnel, a fin de que el personal que labora dentro, en un

ambiente hiperbórico, esté cómodo. El acceso a un túnel en condiciones hiperbóricas se resuelve con esclusas. La compresión y descompresión del personal se realiza bajo estrictas especificaciones y vigilancia médica, por lo que el tiempo de exposición del trabajador en el interior del túnel representa un papel importante (véase ilustración 5). La introducción de materiales y la extracción de rezaga son maniobras cuya duración esta regida exclusivamente por aspectos operativos.

AI inicio de la excavación de un tramo de túnel, se procede a presurizar la lumbrera de acceso, utilizando para ello esclusas verticales apoyadas en un anillo de sujeción que divide la zona presurizada de la zona normal, como se aprecia en la ilustración 6. Cuando el túnel alcanza una longitud de 200 m, se cambia todo el sistema de esclusas al interior del túnel, empotradas éstas con una mampara metálica y una de concreto, y se instala entre ambas una esclusa de descanso (long-lock), aprovechando las paredes del túnel (véase ilustración 7).

Con el sistema de esclusas verticales, el avance de la excavación en los primeros 200 m es muy lento por las diversas interferencias que se tienen, cuyo promedio ha sido de 2.0 m en 4 turnos de 6 horas ca- da uno. AI cambiar las esclusas verticales a horizon- r del túnel, el avance se incremen- ta, alcanzando un rendimiento promedio de 6.0 m en 4 turnos de 6 horas cada uno (véase ilustración 8).

Una vez terminada la excavación, se hace el revestimiento definitivo de 0.28 m de espesor, con concreto reforzado, para dar al túnel un diámetro terminado de 5.00 metros.

inferiores a 4.0 hrs por turno, altos riesgos de salud, bajos rendimientos y, por ende, altos costos de construcción.

Por las razones anteriores, el Departamento del Distrito Federal (DDF) después de haber realizado los estudios técnicos correspondientes, y convocado a una Licitación Pública Internacional para la fabricación de una herramienta para construcción de túneles, capaz de soportar las presiones del

suelo y que no pusiera en riesgo al trabajador, Velocidad de extensión 10 cm/min adquirió y empezó a utilizar dos "escudos de frente Erector

cerrado y lodo a presión" en los túneles del drenaje Tipo Anillo dentado profundo construidos en arcillas blandas típicas de la Velocidad de rotación 0.5-0.8 rpm zona lacustre del valle de México, cuyas principales Sistema de circulación de Iodos

características son: Bomba de suministro:

Cantidad 1

Longitud del escudo 7.30 m Gasto máximo 3.4 m%in

Variable Velocidad

Diámetro exterior 6.24 m

Cantidad 1

Peso 2 40.00 ton

Gasto máximo 3.4 m3/min

Gatos de empuje

Velocidad Variable

Número 24 pzas

Empuje por gato 120 ton

Cantidad 4

Empuje total 2,880 ton

Gasto máximo 3.4 rn3/min

Carrera 115 cm

Velocidad Constante

Velocidad de extensión 5 cmlmin

Tren de equipo adicional formado por: cabina de operador, unidades de potencia hidráulica, unidad

Tipo Disco plano

Diámetro exterior _{6 12 rn neumática, sistema de válvulas, gabinete de equipo} Velocidad de rotación _{1.010.67 rpm eléctrico, sistema de telecomunicación y telemetría}

TC/TM, transformador de corriente eléctrica, tuberías

Número de compuertas 24

72 telescópicas y caseta central de control. Número de dientes cortadores

Motores 30/20 kw x 416 p x 8

En las ilustraciones 9, 1 O y 11 se aprecia el corte Empuje 36oton longitudinal, vistas anterior y posterior, así como el

Carrera 40 cm sistema de circulación de Iodos.

Bomba de descarga:

Bombas intermedias:

Cabeza cortadora

Antes de iniciar la excavación, es necesario eléctricos son actividades igualmente requeridas para efectuar una serie de trabajos preliminares, tanto en

la lumbrera c la superficie. Para garantizar Por lo que respecta a los trabajos en la superficie la estabilidad te d e excavación, durante la en el área destinada a la obra, se construye e la lumbrera, realiza un básicamente un campamento (bardeado, oficinas, suelo sobre el trazo salida talleres, almacenes y baños); una subestación consistente en sustituir el suelo por un eléctrica con capacidad de Kva, con salidas mortero de resistencia, comprendido entre y en y voltios, y cárcamos de area de x m desde la sedimentación para el manejo de Iodos; también m abajo de la rasante de salida se instalan una planta de emergencia, compresores, mejoramiento grúa pórtico con capacidad de ton sobre la la llegada del lumbrera, para el suministro de materiales al túnel; do de esta se caseta para la consola central de control y tubería construye una estructura denominada cuna, la cual para abastecimiento de agua tratada que se emplea puede ser de acero o de concreto reforzado y para adecuar la densidad del lodo de suministro. tiene por objeto recibir al escudo en la posición de Para dar comienzo a la excavación del túnel, arranque indicada en el proyecto. es preciso demoler el muro de la lumbrera y Mediante la construcción de un muro de reacción posteriormente empujar el escudo utilizando sus

escudo y en la parte posterior, estando anclado al anillos de dovelas y éstos a su vez sobre el muro de la lumbrera, se logra el objetivo dar apoyo muro de atraque, permiten ir formando un túnel los cuales falso compuesto por anillos a base de dovelas cada uno. Una vez que la cabeza cortadora hizo contacto con el mejoramiento de suelo efectuado lodo a _{previamente, se procede al ajuste de placas del} presión sea expulsado al interior de la lumbrera, se sello de neopreno para lograr su confinamiento, instala en un muro _{concreto reforzado construido procediendo de inmediato a presurizar con lodo la}

transversalmente al parte frontal cámara del escudo.

Con el accionamiento de la cabeza cortadora y y ligado al muro de la lumbrera.

La instalación de tuberías para suministro y el sistema de circulación de Iodos, se inicia propia- descarga de Iodos, la de sensores, la planta mente la excavación del túnel. El desplazamiento del dosificadora para inyección, las plataformas para escudo mediante sus gatos de empuje, los cuales equipo complementario, el elevador del personal, deben extenderse el espacio suficiente para la colo- la instalación de tuberías para ventilación, aire cación de un anillo de dovelas de concreto reforzado comprimido y agua, así como la colocación de de m de espesor, m de ancho y m

de diámetro interior, el cual debe estar formado por dovelas normales, tangenciales y una cuña (véase ilustración constituye el revestimiento primario del túnel, con lo que concluye un ciclo.

Las dovelas cuentan con una ranura perimetral para la colocación de sello de neopreno, cuya finalidad es crear un túnel estanco, evitando filtraciones del suelo al interior del túnel. En los casos en que el túnel cruce estructuras importantes como colectores o el Sistema de Transporte Colectivo poder dar inicio a la excavación.

o atraque orientado transversalmente al eje del gatos, los cuales al reaccionar sobre los primeros

les

base de bentonita, cemento, arena sílica y agua, a través de los orificios que para este fin tienen las dovelas; con esto se reducen los asentamientos superficiales y las filtraciones del suelo.

El faldón del escudo esta provisto de dos sellos de neopreno y uno de alambre, los cuales impiden que la mezcla de inyección penetre al interior del mismo. La inyección se realiza empleando un carro-tanque equipado con una bomba para suministrar presiones de 2.0 kg/cm2.

AI término de la excavación de un tramo de túnel, se procede a la colocación de su revestimiento definitivo a base de concreto reforzado, para dejar el túnel terminado en m de diámetro interior. En las ilustraciones a se muestran diferentes aspectos del proceso constructivo.

Con base en las experiencias obtenidas en la construcción de mejoramientos de suelo para la

excavación de túnel.

El “portal de salida” está integrado al proceso constructivo de la “lumbrera flotada”, y tiene un muro de mortero capaz de resistir los empujes que se ejercen durante la construcción de la lumbrera con la ayuda de viguetas verticales de soporte. Con este sistema se elimina la necesidad de mejoramiento del suelo para la salida del escudo, como se aprecia en la ilustración