Monitoreo de la línea 3 del TEU en Guadalajara

LYTSA
María del Rocío Salcedo Campos. Maestra en Ingeniería civil (Túneles y obras subterráneas).

Para la construcción del túnel de la nueva línea del tren eléctrico urbano de Guadalajara, se realizó una supervisión técnica y administrativa de obras subterráneas y su metodología para el análisis de los parámetros de excavación mecanizada del túnel en tiempo real y su interacción con el suelo y las estructuras vecinas, controlando y monitoreando cada proceso para garantizar la seguridad y éxito del proyecto.

 

La zona centro de Guadalajara tiene alto valor histórico y artístico para el país. La construcción de un túnel como parte del trazo de la línea 3 del tren eléctrico urbano (TEU) tiene influencia en varios edificios protegidos por el Instituto Nacional de Antropología e Historia y el Instituto Nacional de Bellas Artes. De ellos, sólo en tres (templo de San José de Gracia, Catedral Metropolitana y templo de San Francisco de Asís) se colocó una instrumentación automatizada y en tiempo real, con el fin de evaluar el comportamiento de cada uno de manera previa, durante y luego de la construcción del túnel.

La encargada de la supervisión tiene la certificación ISO 9001:2015 en su metodología “Análisis de los parámetros de excavación mecanizada del túnel en tiempo real y su interacción con el suelo y las estructuras vecinas”. Con esta herramienta, y el apoyo de tecnología de punta como un software especializado para el control de los procesos de la tuneladora y otro para el control, seguimiento y visualización de los datos de la instrumentación de los tres templos, garantizó el cumplimiento de las restricciones en cuanto a movimientos y giros impuestas por el cliente en la zona urbana de Guadalajara, y en especial sobre los tres edificios mencionados.

 

Descripción del proyecto

La nueva línea 3 del TEU unirá los municipios de Tlaquepaque, Guadalajara y Zapopan a través de 21.45 km de longitud divididos en dos viaductos elevados y un tramo subterráneo. Esta línea tiene un total de 18 estaciones (cinco subterráneas y 13 elevadas), dos de las cuales son de transferencia, y cuenta con conexión a las líneas 1 y 2 del mismo sistema (véase figura 1).

El tramo subterráneo ésta en el municipio de Guadalajara, en el Centro Histórico, siguiendo el trazo de su principal avenida, Alcalde, en una longitud de 5.35 km y cinco estaciones subterráneas (Normal, Alcalde, Catedral, Independencia Sur y Plaza de la Bandera).

El túnel, de 4.02 km de largo, fue construido con una tuneladora EPB de balance de presión de tierras (EPB, por las siglas de earth pressure balance) de 11.55 m de diámetro, que deja como revestimiento único un sistema de anillos conformado por siete dovelas de 38 cm de espesor y una longitud de 1.80 metros. La selección de la tuneladora para la excavación se realizó con base en el perfil geotécnico del proyecto ejecutivo, que indica que todo el trabajo se realiza bajo el nivel freático; al norte del trazo, el túnel transcurre en varias capas de arenas pumíticas con diferentes compacidades, y a medida que continúa hacia el sur de la ciudad, hacia Tlaquepaque, el terreno cambia primero a frentes mixtos, conformados principalmente por basaltos, ignimbrita y tobas piroclásticas, para terminar con frentes completamente basálticos.

Durante la construcción del túnel, la EPB pasó frente a seis edificios catalogados por el INAH y el INBA como de alto valor histórico y artístico: el Santuario de Nuestra Señora de Guadalupe, el templo de San José de Gracia, el Museo del Periodismo, el Palacio Municipal, la Catedral Metropolitana de Guadalajara y el templo de San Francisco de Asís. Siendo Guadalajara una de las ciudades más importantes del país, ambas instituciones, asesoradas por el Instituto de Ingeniería de la UNAM para el proyecto, fijaron restricciones para cada edificio en cuanto a movimientos verticales y horizontales, distorsiones angulares y uso de monitoreo automatizado para el templo de San José de Gracia, la Catedral Metropolitana y el templo de San Francisco de Asís.

En general, las restricciones mantienen los asentamientos en la calle por debajo de 30 mm y los giros por debajo de 1/2000. Como parte del diseño se realizaron modelos con programas de elementos finitos, que representaban el comportamiento de cada edificio frente a los efectos del paso de la TBM; varios edificios no cumplían con las restricciones impuestas, por lo que se les diseñaron unas pantallas de protección cuyo objetivo era reducir los efectos de asentamiento provocados por el tuneleo. Inicialmente el proyecto contó con un plan de auscultación, en el cual se detalla el monitoreo de la superficie, el túnel y los edificios; el monitoreo automatizado para los templos requerido por el INAH y el INBA complementó el plan de auscultación en el área de edificios.

 

Descripción del sistema de monitoreo automatizado

El monitoreo automatizado para los tres edificios citados incluye el uso de diversos elementos:

  • Estaciones totales robotizadas con prismas fijos en las fachadas de los edificios, para determinar sus desplazamientos en las tres direcciones (X, Y y Z).
  • Inclinómetros automáticos tipo SAA para medir movimientos horizontales.
  • Piezómetros eléctricos para medir las presiones intersticiales.
  • Tiltmeters biaxiales para medir los giros que presentan los muros y columnas de los edificios.
  • Electroniveles para medir los giros en una dirección.
  • Acelerómetros para medir las vibraciones provocadas al edificio.
  • Estación metereológica.

 

Cada instrumento se conecta a varios registradores de datos que automatizan la adquisición de lecturas; la información es luego enviada al software Geoscope, para su visualización e interpretación. Este sistema tiene la capacidad de observar la actualización de los datos cada 30 minutos, y permite hacer un mayor seguimiento y control del comportamiento de cada edificio de manera previa, durante y luego del paso de la TBM frente a ellos.

En la figura 2 se muestra el comportamiento de la fachada poniente de la Catedral Metropolitana de Guadalajara duran-te el paso de la tuneladora frente a ella.

Otros instrumentos, como los piezómetros, se colocaron sobre el eje del túnel, donde recibían las presiones generadas por la TBM y cercanas a los edificios para monitorear su influencia. En el caso de los tiltmeters, se miden las distorsiones angulares provocadas por el tuneleo en dos sentidos: perpendicular al túnel y paralelo a éste.

La función de la pantalla de muro Milán colocada para la protección de la catedral se demostró mediante la instrumentación colocada en superficie, a base de hitos de nivelación. En la figura 3 se visualiza el comportamiento de los hitos ante el paso de la TBM y en el tiempo, así como el efecto de la pantalla, al reducir el efecto de asentamientos en el edificio de la catedral.

 

Descripción del sistema para control de procesos de la TBM

El control de procesos para la TBM es una metodología que se lleva en paralelo al sistema de monitoreo automatizado para los templos, que garantiza el éxito de la excavación del túnel (véase figura 4).

Durante el control de procesos de la TBM, se analizan los parámetros en tiempo real, al igual que los datos históricos de la tuneladora, tales como presión del frente, peso del material, acondicionamiento, inyección de contacto, energía específica, etc. En este control se incluyó el proyecto ejecutivo, el proyecto geométrico, mapas, geología, geotecnia, hidrología y auscultación, entre otros.

El objetivo principal del servicio es la adquisición, interpretación y procesamiento de los datos de la TBM, del proyecto (parámetros de diseño), de la instrumentación y de la información geológica y geotécnica. Hubo beneficios, como la comparación entre valores objetivo y reales, mediante el registro y evaluación de los datos de la TBM; se evaluaron posibles desviaciones que, de ser necesario, serían reportadas a través de un sistema de alerta y alarma. Como herramienta de trabajo se utilizó el Procon II para la visualización de los datos de la TBM y de los datos de instrumentación del proyecto.

Los parámetros de la máquina se estudiaron y revisaron ampliamente, ya que al final la construcción de túneles urbanos se asocia a los mecanismos de asentamientos superficiales. Es de gran importancia tener un control estricto de estos datos y retroalimentarlos de acuerdo con los resultados que arroje la instrumentación colocada. Con ambos sistemas (control de procesos e instrumentación) podemos tener una amplia visión de lo que sucede al construir un túnel y prevenir incidencias.

 

Conclusiones

El proyecto del tramo subterráneo de la línea 3 del tren eléctrico urbano de Guadalajara representó un gran reto de ingeniería, debido a las fuertes restricciones en movimientos verticales y giros de edificios protegidos por el INAH y el INBA. El uso de las pantallas de protección para los edificios históricos ayudaron considerablemente a mantener los movimientos causados por el tuneleo dentro de las restricciones establecidas.

El monitoreo automatizado permite contar con las mediciones en tiempo real, lo que garantiza la seguridad de los edificios, ya que en cualquier momento se pueden corregir parámetros de la TBM, que a su vez también son monitoreados en tiempo real.

Es importante hacer notar que se realizaron análisis posprocesos con los datos de la TBM, así como con los datos registrados del monitoreo de los edificios, los cuales son evidencia de que la tuneladora se operó de manera correcta durante la construcción frente a estos tres edificios históricos. Este proyecto es un ejemplo del uso de la metodología de control de procesos de la TBM y de auscultación, que podría ser implementado en muchos más proyectos para su éxito.