24 internacional LA REVISTA DE LA TÉCNICA Y LA CONSTRUCCIÓN

Transcripción

1 24 internacional ã Trabajos de protección del Templo de la Sagrada Familia para la construcción del túnel para la Línea de Alta Velocidad. Vista parcial de la máquina utilizada para la excavación de los pilotes.

2 rotección del patrimonio histórico urbano: internacional 25 Túnel del AVE junto a la Basílica de la Sagrada Familia en Barcelona El trazado de la Línea de Alta Velocidad (AVE) Madrid-Barcelona-Frontera con Francia contempla un túnel de conexión entre las estaciones de Sants y la Sagrera. El túnel cruza la ciudad de Barcelona de sureste a noreste en una longitud de m por debajo de las calles Mallorca, Diagonal y rovença. Sobre el trazado se encuentran dos singulares monumentos de la urbe mediterránea que comparten el estilo modernista del genial arquitecto catalán Antoni Gaudí: la Basílica de la Sagrada Familia y la Casa Milà, más conocida por La edrera, ambas declaradas patrimonio de la Humanidad por la UNESCO. Administrador de Infraestructuras Ferroviarias ADIF, Gestor de Mº de Fomento INTECSA-INARSA-CENSA royectista y Asistencia Técnica de la Dirección de Obra UTE SACYR- CAVOSA-SCRINSER, empresa constructora adjudicataria de la obra TerraBAUER, subcontratista de Sacyr Fotos y esquemas: Cortesía Grupo Terratest El proyecto de adjudicación estudia de manera particular el tramo del túnel que transcurre junto al Templo de la Sagrada Familia, ya que se trata de una estructura que transmite al terreno unas cargas muy elevadas, cuyo hiperestatismo y esbeltez obligan a analizar en detalle los movimientos en superficie. El estudio ha considerado y analizado numéricamente una solución consistente en situar una barrera de rigidez suficiente entre la Sagrada Familia y el túnel que intercepte la cubeta de subsidencia, reduciendo los asentamientos a niveles asumibles para la estruc- Figura 1. lanta del trazado del túnel Sants-La Sagrera. tura. Se encargó, además, un estudio detallado para evaluar las interacciones entre la Basílica y el túnel. Se proyecta una pantalla de pilotes a lo largo de 230 metros de la traza, del lado del túnel más próximo a la Sagrada Familia. Los pilotes tienen 1,5 m de diámetro, están separados a 2 m entre ejes, están encamisados hasta terreno competente y tienen profundidad de 41 m medidos a partir de la cara inferior de la viga de riostra. La viga riostra se conecta lateralmente, en toda su longitud, a una losa de 0,8 m de ancho, que a su vez

3 26 internacional SAGRADA FAMILIA ANTALLA DE ILOTES C/MALLORCA TÚNEL A.V. se conecta a un dado de concreto de 3 x 3 m, que se asienta sobre el terreno previa consolidación mediante inyecciones. Este conjunto rígido busca restringir los movimientos en cabeza de los pilotes y asegura un efecto mínimo por el paso de la tuneladora, al mismo tiempo que la disposición separada de los pilotes mantiene la permeabilidad del terreno sin que se afecten los cimientos de la Sagrada Familia ante eventuales modificaciones en la cota del nivel freático. Templo Sagrada Familia antalla pilotes (1.5 m de diámetro) Viga de atado Losa ã Figura 2. lanta pantalla de pilotes frente a la Basílica de la Sagrada Familia. Figura 3. Esquema de una sección de pantalla de protección. Dados de concreto (3 m x 3 m) Zona de terreno a consolidar rocedimiento constructivo Así pues, con el fin de evitar cualquier avería a la Basílica durante la ejecución de la propia pantalla de protección, el procedimiento constructivo debía cumplir estrictos requisitos, especialmente relacionados con la no producción de movimientos o vibraciones que pudiesen afectar la estructura o los acabados y ornamentos de la fachada de la Gloria en la Basílica. En el plano geométrico, la escasa distancia entre la cimentación del templo y el trazado del túnel exigía un sistema de control de la verticalidad en la excavación con precisiones muy superiores a las habituales. A continuación se describe el procedimiento de ejecución: 1. Ejecución de murete guía para cada pilote. 2. erforación de los primeros 12 m de los pilotes, realizada a rotación mediante helicoide al abrigo de una camisa recuperable durante los 8 primeros metros. 3. Extracción de camisa recuperable y colocación de una camisa perdida de 12 m de longitud, 1,5 m de diámetro y 12 mm de espesor hasta alcanzar 11 m de profundidad, dejando así 1 m de sobresaliente. 4. Relleno del interior mediante lodos tixotrópicos hasta la cota de plataforma de trabajo. 5. Extracción a rotación del terreno de su interior manteniendo el nivel del lodo en la plataforma de trabajo. 6. Hinca a rotación del tubo hasta su posición definitiva como entubación perdida y primera comprobación de verticalidad este punto, alrededor de los 15 m de profundidad, donde era preceptivo mantener la verticalidad. 7. Continuidad de la perforación a rotación manteniendo el nivel del lodo en superficie, con estrictos controles de verticalidad a los 30 m y 41 m de profundidad. El incumplimiento de la verticalidad exigida da lugar a relleno con mortero del taladro perforado y a su posterior reperforación. 8. Finalizada la perforación y comprobada la verticalidad, se cambia el lodo de perforación por lodo limpio bajo el cual se colocarán las jaulas de armadura y hormigonado. 9. Descabezado de los pilotes mediante quebrantador hidráulico para evitar vibraciones por el repicado de hormigón con maquinaria pesada. 10. Ejecución de la viga de amarre.

4 internacional 27 å Distintas fases de proceso constructivo, excavación, colocación de armadura y vaciado de concreto.

5 28 internacional 1 2 á Control de verticalidad de los pilotes. 1 3 ã Registro continuo en la prueba de verticalidad de pilotes. 2 â Lecturas de la prueba de verticalidad de pilotes. 3 En resumen, el sistema funciona mediante el descenso de una sonda por el interior de la excavación del pilote, emitiendo una señal que rebota en la excavación y regresa a la sonda, registrando la señal en el receptor situado en la parte superior del pilote excavado. Todo el proceso fue sometido a controles severos, tanto a nivel geométrico como en la calidad de los procedimientos y los materiales: En lo geométrico, se comprobaron topográficamente los muretes guía y eje de cada pilote. También se comprobaron la verticalidad del mástil y de la camisa perdida mediante topografía convencional y la verticalidad de la excavación mediante sistema basado en dos ejes perpendiculares, a cota del eje del túnel (30 m) y cuando la perforación alcance la cota. En caso de desviaciones >1% de la longitud del pilote se procedía a rellenar el pilote con mortero. Finalmente se comprobaba la cota final, descabezado y el posicionamiento del pilote. ara verificar la calidad se realizó un estricto control del concreto tanto en resistencia como en integridad del pilote, añadiendo 4 tubos sónicos en todos los pilotes para el posterior ensayo cross-hole en 6 secciones en toda su longitud. Igualmente se veló por el correcto estado de los lodos tixotrópicos durante todas las fases de la ejecución del pilote. El control se efectuó con las armaduras, ä Representación esquemática del control de verticalidad. 4 4 X= Sagrera X = Sants Y= Montaña Y = Mar Medición perfil de perforación en eje xx Durante descenso de sonda Medición perfil de perforación en eje yy Durante ascenso de sonda

6 revisándose la cantidad de varillas, diámetros, longitud, solapes, disposición de las mismas y forrado de las esferas superiores para posterior descabezado en todos y cada uno de los pilotes. En el aspecto constructivo, durante las excavaciones se constató la correspondencia del terreno con lo previsto, la estabilidad, profundidad, cota de lodos y correcto estado de los útiles de perforación. Durante el vaciado de concreto se comprobó que los consumos correspondieran a la excavación realizada midiendo altura de relleno después de cada vaciado, con lo cual se comprobaba la ausencia de sobreexcavaciones. equipos e ingenirería ã Descabezado de pilotes.

7 30 internacional Es evidente que las operaciones descritas exigen personal altamente calificado y maquinaria con capacidad y fiabilidad fuera de toda sospecha. ara conseguir una estricta verticalidad en perforación a rotación hay que disponer de equipos con gran par que se transmite al útil de corte mediante barras de gran inercia, es decir con diámetro superior a 50 cm. El útil de ataque debe, a su vez, estar diseñado para soportar el par y el empuje trasmitido por dicha barra con una disposición de cortadores (dientes o picas) que apliquen la misma tensión sobre el suelo o la roca. De otra forma el taladro sufrirá desviaciones por no existir simetría de esfuerzos. En este caso se utilizó una perforadora con kelly de 52 m y 4 camisas telescópicas, acompañada para las operaciones auxiliares de una grúa sobre orugas de 70 toneladas con pluma de 32 m de longitud. ã Vista general del sector de la Sagrada Familia. En primer plano, el pozo de mantenimiento previo paso por la Basílica. Auscultación durante la protección de la Basílica Aproximadamente un año antes de iniciar los trabajos se implantó un sistema de auscultación monitorizada (146 prismas y cuatro estaciones robotizadas, colocadas en el exterior y el interior de la Sagrada Familia) para conocer los movimientos naturales de la estructura y los debidos a su propio proceso constructivo. Durante la fase de ejecución de los pilotes se hizo control exhaustivo a todos los elementos que podían provocar alguna alteración al entorno (vibraciones, nivel freático, etc.) Además se colocaron células de presión, inclinómetros y extensómetros incrementales en la pantalla para determinar si ocurría algún tipo de deformación. Todos los datos recogidos corroboraron las hipótesis de proyecto, concluyendo que la construcción de la pantalla de protección no afectaba a la Basílica ni a su entorno. Auscultación del tramo de Sagrada Familia El área de la Basílica fue intensamente instrumentada para seguir las posibles alteraciones de todos los trabajos ejecutados: ejecución de la pantalla de protección y excavación del túnel. ara el paso de la tuneladora se instaló un conjunto de instrumentos de auscultación que se usó en la excavación, adaptando los parámetros de trabajo en caso necesario. El conjunto de instrumentación instalado en el tramo es la siguiente (su disposición respecto al túnel se muestra en la figura 5): 5 anillos instrumentados, cada uno con 6 células de presión total y 12 extensómetros en la armadura de los anillos. 6 células de presión total instalados en el entorno de los pilotes. 15 inclinómetros, cinco de ellos instalados dentro de pilotes, seis más detrás de la pantalla de protección y cuatro al otro lado de la pantalla. ã Figura 5. Disposición de los instrumentos de auscultación envolviendo a la excavación del túnel hasta la monitorización de los edificios del entorno en tiempo real.

8 internacional extensómetros incrementales, cuatro embebidos en pilotes, cinco detrás de la pantalla en el espacio entre pilotes, y seis más en el área no protegida por la pantalla. 19 extensómetros de varillas, sobre el eje del túnel y entre los pilotes de la pantalla. 24 piezómetros para el seguimiento de los niveles piezométricos antes y después de todos los trabajos ejecutados. 90 hitos de nivelación de precisión en el terreno envolviendo el templo y la posible zona de afección por la excavación del túnel, con un hito cada 10 m en el ortal de la Gloria. 30 clavos de nivelación de precisión en las fachadas de los edificios del entorno de la Basílica. 147 prismas leídos con 4 estaciones robotizadas en el templo cubriendo las tres fachadas más cercanas al túnel, y el interior (figura 6). En los edificios frente a la Basílica también se instalaron 54 prismas. Estos instrumentos tenían lecturas en tiempo real desde el inicio de todos los trabajos. Vibraciones. Se instalaron desde el primer momento 9 acelerómetros triaxiales en la Basílica además de equipos de medida en su entorno. Fisurómetros. Se instalaron 15 adicionales dentro de la Basílica para el seguimiento de las fisuras preexistentes. ä Figura 6. Estaciones ã Robotizadas con lectura en tiempo Figura real 6. Estaciones de las fachadas del Robotizadas Templo y el con interior. lectura en tiempo real de las fachadas del Templo y el interior. ä Figura 7. Instrumentación instalada en la zona de la Sagrada Familia. Los resultados arrojados por todos estos instrumentos de auscultación revelan que el máximo asentamiento provocado por el paso de la tuneladora es del orden de 1 mm. En el trasdós de la pantalla todos los instrumentos (hitos de nivelación de alta precisión, prismas con lectura automática, etc.) marcan un movimiento máximo de 1 mm.

9 32 INTERNACIONAL NIVEL FREÁTICO ( m) Las medidas de vibraciones no superaron en momento alguno los límites establecidos, considerando las condiciones especiales de la Sagrada Familia. Las medidas de las fisuras instrumentadas no han encontrado diferencias. Las medidas de los niveles piezométricos en un entorno amplio del templo tampoco han arrojado diferencias entre el inicio de los trabajos y las últimas lecturas (varios meses después de haber finalizado los trabajos de excavación). Ejecución del túnel Se eligió un método de excavación a sección completa con revestimiento de dovelas de concreto armado. ara la ejecución del túnel de conexión Sants-La Sagrera se empleó la una tuneladora del tipo Escudo de T + A E c c c 25,305 m 2,16 m ã Figura 8. Ejemplo instrumentación instalada en una sección de control tipo STC. Figura 9. Croquis del equilibrio entre las presiones del escombro amasado (E) y la suma de las presiones del terreno (T) y del agua freática (A). resión de Tierras o EB (Earth ressure Balanced), adecuada para la excavación de suelos blandos o poco competentes. Con maquinaria de este tipo el propio terreno excavado por la rueda de corte, debidamente amasado y acondicionado, es el que sirve de sostenimiento al frente de excavación, evitando con ello las subsidencias y los impactos sobre los edificios de la superficie. El terreno se extrae del frente valiéndose de las herramientas de la rueda de corte. El material así arrancado penetra a través de las ventanas o aberturas practicadas en la rueda de corte hacia la cámara de excavación. Aquí el terreno se bate y mezcla con las espumas y aditivos inyectados durante el proceso de excavación, formando una masa plástica presurizada que mantiene estable el frente en todo momento. Controlando la evacuación del material a través del tornillo sinfín se regula la presión del escombro dentro de la cámara de excavación. Si se reduce la presión del escombro por debajo de la presión del terreno natural y del agua presente en el subsuelo, el frente podría desestabilizarse y podrían generarse asentamientos de la superficie del terreno. or el contrario, si la presión del escombro se incrementa por encima del estado de equilibrio del terreno se provocaría una compresión adicional en la cámara de excavación y en el terreno circundante, y bajo determinadas circunstancias podría tener lugar una elevación del terreno por delante del escudo. Conociendo los parámetros geotécnicos del terreno por excavar es posible adecuar las presiones de excavación a las presiones naturales (Figura 7), de tal forma que en todo momento el equilibrio garantice la seguridad del proceso. Aquí radica la ventaja de este sistema constructivo frente a los demás. Los parámetros sensibles del proceso presiones de trabajo, densidad del escombro en la cámara de excavación, peso del material excavado, volúmenes y presiones del mortero inyectado por cola y de bentonita inyectada a través del escudo y, particularmente en este proyecto, lectura en tiempo real de los sistemas de auscultación colocados en la superficie y en los edificios a lo largo del trazado del túnel se controlan desde la cabina de pilotaje de la tuneladora y se supervisan simultáneamente desde las oficinas del contratista y la dirección de obra, comprobando en todo momento el cumplimiento de los valores previamente consensuados. Este grado de control y seguimiento de los sistemas de auscultación ha posibilitado un asentamiento máximo de tan solo 1 mm en la fachada de la Basílica de la Sagrada Familia, completando la ejecución de los 175 m de túnel por delante del templo en un plazo inferior a seis días con plenas garantías de seguridad.

10