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ESTUDIOS DE SUBSIDENCIA PARA EXCAVACIONES SUBTERRÁNEAS EN LA PRIMERA LÍNEA DEL METRO DE BOGOTÁ (PLMB) PRIORIZADO EN EL

TRAMO III.

LEIDY DALLAM LOPEZ TUNJO ANAMARIA GOMEZ COLMENARES

UNIVERSIDAD CATOLICA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERIA

PROGRAMA DE INGENIERIA CIVIL ALTERNATIVA TRABAJO DE GRADO

BOGOTA 2014

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ESTUDIOS DE SUBSIDENCIA PARA EXCAVACIONES SUBTERRÁNEAS EN

LA PRIMERA LÍNEA DEL METRO DE BOGOTÁ (PLMB) PRIORIZADO EN EL

TRAMO III.

LEIDY DALLAM LOPEZ TUNJO ANAMARIA GOMEZ COLMENARES

Trabajo de Grado para Optar al Título de Ingeniero Civil

Director Juan Carlos ruge Cárdenas

Ingeniero Civil

UNIVERSIDAD CATOLICA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERIA

PROGRAMA DE INGENIERIA CIVIL ALTERNATIVA TRABAJO DE GRADO

BOGOTA 2014

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NOTA DE ACEPTACION

_______________________________ _______________________________ _______________________________ _______________________________ _______________________________

_______________________________ Firma del presidente del jurado

_______________________________ Firma del jurado

_______________________________ Firma del jurado

Bogotá, 23, octubre, 2014

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A Dios por permitimos estar con nuestras familias, padres y hermanos que han mostrado su apoyo incondicional a lo largo de nuestras vidas.

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CONTENIDO

pág. INTRODUCCIÓN 11 1. GENERALIDADES 12 1.1 ANTECEDENTES Y JUSTIFICACIÓN 13 1.2 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 15 1.3 OBJETIVOS 17 1.3.1 Objetivo General. 17 1.3.2 Objetivos Específicos. 17 2. MARCO REFERENCIAL 18 2.1 MARCO CONCEPTUAL 18 2.1.1 Túnel 18 2.1.2 Sistema constructivo en Tramo Subterráneo 19 2.1.2.1 Método Cut and Cover (Cielo Abierto- Muros Pantalla) 20 2.1.2.2 Métodos Tradicionales 21 2.1.2.3 Métodos con Maquinas Tuneladoras TBM 25 2.1.3 Consolidación de Suelos 28 2.1.4 Subsidencia 29 2.1.4.1 Métodos de Medida de la Subsidencia 30 2.1.4.1 Métodos para Reducir la Subsidencia 33 2.1.5 Subsidencia de Túneles 33 2.1.5.1 Características del Macizo Rocoso. 33 2.1.5.2 Condiciones Ambientales 34 2.1.5.3 Daños a Edificaciones por Subsidencia 35 2.1.6 Subsidencia por el Descenso del Nivel Freático 37 2.1.6.1 Influencia de las Condiciones Hidrogeológicas 38 2.2 MARCO TEÓRICO 39 2.2.1 Reseña Histórica. 39 2.2.1.1 Metro de Londres 40 2.2.12 Metro de Madrid 42 2.2.1.3 Metro de Ciudad de México 43 2.2.1.4 Metro de Paris 44 2.2.1.5 Metro Sao Paulo 46 2.2.1.6 Metro de Santiago de Chile 46 2.2.2 Primera Línea del Metro de Bogotá (PMLB) 47 2.2.2.1 Historia 53 2.2.2.2 Financiación 55 2.2.2.3 Clasificación de suelos en Bogotá. 55 2.2.2.4 Secciones Funcionales de la PLMB. 59 2.2.3 Fase III (Estación San Victorino-Estación Plaza de Lourdes) 63 2.2.3.1 Geotecnia 63

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2.2.3.2 Nivel Freático 64 2.2.3.3 Geotecnia de los Depósitos Aluviales 64 2.2.3.4 Secciones Geotécnicas Tipo 64 2.2.3.5 Subsidencia Regional 70 2.2.3.7 Como se Llevara A Cabo La Construcción Del Tramo III 72 3. METODOLOGIA 76 3.1 FASE I (REGISTRO FOTOGRÁFICO) 76 3.2 FASE II (RECOPILACIÓN DE INFORMACIÓN) 83 3.4 FASE III (PLAN DE AUSCULTAMIENTO) 86 3.4.1 Control de Auscultamiento. 86 3.4.1.1 Control Hidrológico de Suelos 86 3.4.1.2 Deformaciones y Desplazamientos del Terreno en Superficie (Subsidencia) 87 3.4.1.3 Deformaciones y Desplazamiento del Terreno en Profundidad 87 3.4.1.4 Control de Movimientos en Edificaciones y Estructuras Próximas 87 4. ANÁLISIS DE INFORMACIÓN 89 5. CONCLUSIONES 94 BIBLIOGRAFIA 96

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LISTA DE FIGURAS

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Figura 1. Estática de Tunel 19 Figura 2. Componentes de un Túnel 20 Figura 3. Tuneladora Tipo Topo 26 Figura 4. Tuneladora Tipo Escudo 27 Figura 5. Consolidación Primaria (unidimensional). 29 Figura 6. Subsidencia por Obras Subterráneas 34 Figura 7. Descenso del Nivel del Terreno por la Presión de las Estructuras. 35 Figura 8. Subsidencia por Extracción de Agua en Acuíferos Confinados. 38 Figura 9. Diferentes Metros Alrededor del Mundo. 40 Figura 10. Construcción Metro de LONDRES 1863 41 Figura 11. Metro de Londres. Actualidad. 41 Figura 12. Primera Línea del Metro de Madrid (España) 43 Figura 13. Metro de la Ciudad de México (México). 44 Figura 14. Metro de Paris (Francia) 45 Figura 15. Construcción metro de Paris (Francia) 1774 45 Figura 16. Metro de Sao Pablo (Brasil). 46 Figura 17. Metro de Santiago de Chile (Chile). 47 Figura 18. Análisis de Movilidad 47 Figura 19. Propuesta Primera Línea del Metro de Bogotá. 49 Figura 20. Modificaciones para los Estudios del Metro 51 Figura 21. Planta General del Trazado. Distribución por Tramos. 53 Figura 22. Estratificación de los Suelos en Bogotá. 55 Figura 23. Material Encontrado y características de las Estaciones 59 Figura 24. Sección Construida con Tuneladora. Diámetro Interior de 10m 60 Figura 25. Sección Construida con Pantalla Continúa 61 Figura 26. Plano de la Distribución de los Diferentes Tipos de Estaciones 62 Figura 27. Perfil Geotécnico, Tramo III y Primer Tercio del Tramo IV. 63 Figura 28. Estratificación con Especificaciones del Tramo I y II 65 Figura 29. Tipo de Material Tramo III y primer tercio del tramo IV 66 Figura 30. Estratificación con Especificaciones del Tramo III y Primer Tercio del Tramo IV 67 Figura 31. Estratificación con Especificaciones a Finales del Tramo IV 69 Figura 32. Grado de Asentamiento en el Tramo III. 71 Figura 33. Trazado de la PLMB. y sitios provisionales de tuneladora. 73 Figura 34. Trazado, Tipología y Separación de Estaciones. 74 Figura 35. Carrera 10 con Calle 12 - Iglesia San Juan de Dios 76 Figura 36. Carrera 10 Con Calle 14 - Sede Judicial Hernando Morales Molina 77 Figura 37. Carrera 10 con Calle 16 - Seguros Bolívar 77 Figura 38. Carrera 10 con Calle 17 - Contraloría General de la Nación 78 Figura 39. Carrera 10 con Calle 26 - Hotel Tequendama 78 Figura 40. Carrera 13 con Calle 32 79

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Figura 41. Carrera13 con Calle 37 – Ecopetrol 79 Figura 42. Carrera 13 con Calle 38 - Edificio Tipyel. 80 Figura 43. Carrera 13 con Calle 40 - Edificio UGI 80 Figura 44. Carrera 13 con Calle 42 – Compensar 81 Figura 45. Carrera13 con Calle 46 - Universidad Piloto 81 Figura 46. Carrera 13 con Calle 47- Universidad Católica Sede 4 82 Figura 47. Carrera 13 con Calle 51 - Iglesia de Chiquinquira y Universidad Santo Tomas 82 Figura 48. Carrera 13 con Calle 63 - Iglesia de Lourdes 83 Figura 49. Esquema General Edificio UGI. Bogotá (Carrea 13 con Calle 40). 84 Figura 50. Edificio UGI. Núcleo Central y Pilotaje 85 Figura 51. Piezómetro Abierto. 86 Figura 52. Paraguas de Micro Pilotes. 89 Figura 53. Instalación de paraguas de micro pilotes. 90 Figura 54. Jet Grouting. 90 Figura 55. Protección de Túneles y/o Infraestructura de Servicio. 91 Figura 56. Combinación de Sistemas de Impermeabilización 92 Figura 57. Uso de Membranas Proyectadas. 92 Figura 58. Uso de mantas sintéticas de PVC. 93

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LISTA DE CUADROS

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Cuadro 1. Tipos de Subsidencias 30

Cuadro 2. Técnicas Topográficas Clásicas. 31 Cuadro 3. Clasificación de daños visibles a paredes con referencia a la factibilidad de reparación. Burland (1995). 36 Cuadro 4. Descripción de las Estaciones Establecidas para la PLMB 48

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INTRODUCCIÓN Bogotá ha presentado un aumento en la cantidad de vehículos que circulan por la ciudad y a su vez un aumento de personas que usan el transporte público, creando así un colapso en la malla vial, el cual podemos evidenciar día a día. Los últimos alcaldes electos por la ciudadanía han intentado dar soluciones a este problema, con la construcción y rehabilitación de vías, control del flujo vehicular entre otras soluciones que no han dado los resultados esperados; visto esto y al problema actual que está pasando la ciudad, “se ha planeado la construcción del metro de Bogotá el cual constara de 27.5 kilómetros que inicia en el Portal de las Américas hasta el centro de la ciudad y tomara el borde oriental hasta la Calle 127”1.

Este proyecto planeado por la alcaldía de Bogotá, fue la base para el inicio de este trabajo de grado para así obtener el título de ingenieros civiles, ya que una obra subterránea de esta magnitud puede desestabilizar y provocar un hundimiento progresivo del terreno y causar problemas en el las construcciones asentadas sobre la zona afectada, a este fenómeno se le conoce como subsidencia, el tema central de este trabajo.

La subsidencia en una zona se puede presentar por diversas causas antrópicas o naturales, en cualquier caso este fenómeno llega a causar grandes daños económicos y en la infraestructura lo que trae consigo una alarma social. Gran parte de la ciudad de Bogotá se encuentra sobre suelos arcillosos, característica que es proclive al hundimiento y en donde la extracción del recurso hídrico presente en el subsuelo de la ciudad es uno de los principales factores que interfieren en este fenómeno. Este trabajo se enfocara en la subsidencia que se puede presentar a causa de la construcción de obras subterráneas y en el cual se debe tener en cuenta el hundimiento progresivo que se presenta en la ciudad, ya que si no se controla este fenómeno o no se realizan los estudios previos de manera exhaustiva puede causar la deformación o el colapso de la estructura construida como es el metro de Bogotá, acarreando consigo grandes pérdidas materiales y humanas.

1 UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA. Suelos arcillosos de Bogotá, proclives al hundimiento [en línea].

Bogotá: La Universidad citado 10 agosto, 2014. Disponible en Internet: <URL: http://www.agenciade noticias.unal.edu.co/ndetalle/article/suelos-arcillosos-de-bogota-proclives-al-hundimiento.html>.

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1. GENERALIDADES

La subsidencia es un término que hace referencia al hundimiento a largo plazo de la corteza terrestre, ya sea continental o submarina. El presente trabajo se enfocara en el fenómeno presente en el casco urbano de la ciudad de Bogotá, esto implica un constante asentamiento de la superficie terrestre en una gran área de la ciudad, este fenómeno se puede presentar por dos clases de factores naturales o antrópicos. Este es un fenómeno que a pesar de que se desarrolla en un gran área afectada no suele ocasionar victimas mortales, sin embargo cuando se presenta en grandes ciudades por causas antrópicas los daños materiales puede llegar a ser cuantiosos, por esta razón este fenómeno es de gran importancia en estas zonas donde puede originar daños en cualquier infraestructura asentada sobre el terreno que se deforma. Este fenómeno se puede clasificar de acuerdo al mecanismo que lo provoca (Scott, 1979), como son las actividades extractivas de mineral en galerías subterráneas, la construcción de túneles, la extracción de fluidos (agua, petróleo o gas) acumulados en reservorios subterráneos, el descenso de nivel freático por estiajes prolongados, la disolución natural del terreno y lavado de materiales por efecto del agua, los procesos morfotectónicos y de sedimentación o los procesos de consolidación de suelos blandos u orgánicos2. La subsidencia en Bogotá se presenta por dos razones, en primer lugar está la extracción de fluidos, causado por la necesidad de recurso hídrico por parte de las comunidades aledañas a la ciudad, las cuales buscan un sustento a través de perforaciones subterráneas, interviniendo en el flujo natural del agua, lo que a su vez provoca un descenso del nivel freático; en segundo lugar se encuentran los procesos de consolidación del suelo, debido a que Bogotá es una ciudad en desarrollo las construcciones y el aumento de la población aumenta las cargas que se imponen sobre él. Teniendo en cuenta la ubicación de la ciudad y el tipo de suelo sobre el cual se encuentra, estas dos causas influyen en el constante hundimiento del suelo, por lo tanto, este ha sido un tema que ha generado gran interés a lo largo de los años, en donde se analizan los mecanismos para controlar este impacto. La construcción de la primera línea del metro de Bogotá, será un proyecto que deberá tener principal enfoque en el hundimiento progresivo del suelo, por lo tanto encontrar la forma de que esta no se vuelva una causa más que influya en este fenómeno. Los mecanismos de deformación de los cuales se basa este trabajo están asociado a la extracción de agua y la influencia de la construcción de una obra subterránea. En primer lugar el proceso en el cual el agua contenida en los poros fluye a través del suelo saturado, partiendo de una condición hidrostática determinada por la posición inicial del nivel freático y hacia una condición final en

2 TOMAS, Roberto; HERRERA, Gerardo; DELGADO, José y PEÑA, Fernando. Subsidencia del terreno. En: Enseñanzas de las Ciencias de la Tierra. Junio – agosto, 2009. vol. 17, no. 3, p. 299.

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que el flujo de agua se detiene al alcanzar nuevamente el equilibrio hidrostático, en el cual se presenta un cierre gradual de los huecos rellenos por el fluido extraído. En segundo lugar las obras subterráneas consiste en el hundimiento de la superficie del terreno con motivo de la deformación y/o colapso generado por la construcción de túneles al intentar ocupar el suelo el vacío generado los terrenos circundantes, tema el cual se profundizara más adelante ya que este el enfoque principal de este trabajo. La construcción de la primera línea del metro de Bogotá beneficiara a la población de la ciudad, sin embargo es de especial cuidado el daño que puede causar a las estructuras superficiales ya que la deformación que se puede presentar en el terreno se transmite a la estructuras, lo que puede afectar la estabilidad de estas. Actualmente, se considera este fenómeno a la hora de llevar a cabo un proyecto estructural, sin embargo, la línea del metro está proyectada para que se construya por debajo de varios edificios históricos para la ciudad, en especial el tramo III del proyecto, la zona en la cual se prioriza este trabajo, debido a su alto nivel de complejidad, tanto a nivel constructivo como a nivel social. Este trabajo consta de tres etapas. En la primera etapa, el trabajo hace una descripción de lo que es la subsidencia, enfocándose en las dos causas que influyen en el desarrollo de este fenómeno, como son la disminución del nivel freático y la construcción de obras subterráneas, relacionando la teoría descrita con el caso actual de la ciudad de Bogotá; En la segunda etapa, se hace una reseña de algunos casos importantes de subsidencia ocurrida en diferentes partes del mundo, resaltando las características más importantes como son el medio en el cual se origina, el tiempo en el cual ocurre y los hundimientos generados; La tercera etapa, está enfocado en la subsidencia a causa de obras subterráneas, con la construcción de la primera línea del metro de Bogotá PLMB y priorizados en la etapa III, se busca hacer un análisis detallado de las zonas de mayor riesgo teniendo en cuenta el tipo de suelo y las estructuras superficiales que se podrían ver afectadas, además se muestra la información recopilada para dar a conocer de manera clara la magnitud de este proyecto y las consecuencias que puede traer el control deficiente por parte del consorcio encargado de la obra. 1.1 ANTECEDENTES Y JUSTIFICACIÓN

“La subsidencia en Bogotá es un tema que se ha discutido a los largo de 20 años en diferentes foros de geotecnia, en donde se ha resaltado la disminución significativa del nivel freático a causa de la extracción de este recurso en los municipios aledaños a la ciudad, esta situación junto al tipo de suelo de Bogotá el cual se constituye de depósitos de arcilla, influye en el fenómeno de la subsidencia

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presente”3. Al igual que en Bogotá, varios países en el mundo presentan este fenómeno por actividades antrópicas ya sea por la extracción del recurso hídrico o por la construcción de obras subterráneas. Por lo tanto se va a mostrar ejemplos para estos dos casos. En primer lugar tenemos los casos en el que la disminución progresiva del nivel freático ha sido causa del hundimiento en grandes extensiones de tierra, por ejemplo en “el Valle de Santa Clara en Estados Unidos entre los años 1910 a 1995 el nivel freático disminuyo hasta 84 metros por el uso del agua subterránea, el hundimiento fue de gran magnitud y permanente, sin embargo, actualmente se sigue utilizando agua subterránea como recurso y los niveles de los acuíferos están controlados de manera que se mantienen a umbrales superiores a los que causaron el hundimiento”4; “En el 2010 en España se presentó subsidencia en las zonas donde se encuentra el rio Guadiana y sobre los acuíferos por escasez de agua y la sobreexplotación de esta con fines agrícolas lo que ha influenciado en la modificación del cauce del rio y esto provoco que los acuíferos queden apartados del rio con poco abastecimiento de agua”5; La ciudad de México es un ejemplo que se asemeja al caso de la Sabana de Bogotá, ya que gran parte de esta ciudad se ha desarrollado sobre los restos de un antiguo lago, en los inicios el hundimiento se presentó por “el asentamiento de los estratos de suelo a causa de la presión que genero las edificaciones y así el suelo se fue consolidando pero con el paso del tiempo y el aumento de la demanda del consumo de agua potable, la ciudad se vio en la necesidad de extraer agua de los acuíferos lo que aumento la subsidencia y trajo problemas para controlar este fenómeno, entre los edificios actuales y los históricos”6; En la ciudad de Murcia en España, “por la explotación de acuíferos, especialmente en la época de sequía, desde 1993, el descenso del nivel freático disminuyo a 15 m, lo que causo un gran hundimiento del terreno y afecto a más de 100 edificios”7. En segundo lugar, tenemos la subsidencia causada por obras subterráneas, como es el caso del proyecto del Metro de Bogotá. Ejemplos de este podemos resaltar el Metro de la Ciudad de Madrid, que presento diversos problemas económicos y sociales que causo la postergación de este proyecto durante muchos años.

3 UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA. Suelos arcillosos de Bogotá, proclives al hundimiento [en línea].

Bogotá: La Universidad citado 10 agosto, 2014. Disponible en Internet: <URL: http://www.agenciadenoticias. unal.edu.co/ndetalle/article/suelos-arcillosos-de-bogota-proclives-al-hundimiento.html>. 4 ARTALEJO, Ana. Subsidencia Ejemplos [en línea]. Bogotá: Wikispaces citado 10 agosto, 2014. Disponible en Internet: <URL: http://cuadernodegeologoanaartalejo.wikispaces.com/file/view/Presentaci%C3%B3n% 20final> 5 TOMAS; HERRERA; DELGADO y PEÑA, Op. cit., p. 299. 6 Ibíd., p. 301. 7 ESCARIO, V.; GARCÍA GONZALES, J.M.a; MOYA, J.F.; OTEO, C.S. y SAGASETA, C. Problemas geotécnicos en torno a la ampliación de la red del metro de Madrid. En: Revista de Obras Públicas. Enero – febrero, 1981. no. 3188, p. 7.

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En 1968, para la ampliación del metro se realizaron reconocimientos más detallados del suelo, lo que dio como resultado una estratificación más clara y que permitió ver que gran parte de los estratos están compuestos por arcillas fuertemente expansivas, las cuales al igual que en Bogotá, son propensos a grandes cambios en la presencia de actividades antrópicas o fenómenos naturales. Este análisis permitió mejorar las características constructivas entre las redes antiguas y nuevas, mejorando el revestimiento de la primera línea con hormigón; En Caracas, la situación es similar a la de Bogotá a nivel social, por la demanda de usuarios del servicio público y el aumento del flujo automovilístico, la ciudad de Caracas se vio en la necesidad de construir cuatro líneas de metro para poder controlar la cantidad de usuarios que estaban accediendo a este medio de transporte. Caracas tiene la ventaja de tener estratos de sueños uniformes a lo largo de la ciudad y estables por su gran contenido de arenas, sin embargo el peso que ejerce las edificaciones, es un problema que la ciudad debe estar controlando y monitoreando para mitigar el hundimiento en las diferentes zonas de la ciudad8.

El mundo es un ejemplo y prueba de lo que puede pasar si no se toman las medidas necesarias para analizar la subsidencia, cuyas consecuencias pueden generar grandes impactos a nivel económico y social. Como ingenieros civiles es nuestro deber mitigar esos errores, ya que la subsidencia no es un fenómeno que se pueda detener, la naturaleza sigue su curso y las actividades antrópicas aceleran este proceso y realizando los análisis pertinentes y detallados antes de cualquier proyecto de infraestructura permitirá minimizar las consecuencias que se podrían dar en un futuro. La subsidencia es un fenómeno que puede desencadenar varios problemas en la infraestructura de una ciudad. Por lo tanto este proyecto permitirá entender la importancia de este fenómeno en la Ingeniería Civil, enfocándose en la subsidencia que se presenta junto a la construcción de obras subterráneas como es el caso de la primeria línea del Metro de Bogotá, teniendo en cuenta el tipo de suelo y el hundimiento ya presente. 1.2 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA A lo largo del tiempo se han presentado en diferentes países hundimientos de gran extensión de suelo, perjudicando zonas urbanas que son la más afectadas debido a las diferentes infraestructuras existentes perjudicando así a los edificios, instalaciones y pavimentos, este fenómeno se conoce como subsidencia causado por hundimientos de la superficie terrestre debido a la extracción de fluidos de fuentes subterráneas, la construcción de túneles, descenso del nivel freático, disolución natural del terreno y lavado de materiales por efecto del agua, excavaciones profundas entre otros. Estos cambios en la superficie pueden variar a velocidades tanto en segundos como en periodos largos (años).

8 ESPINOZA CHAVARRÍA, Donald Agustín. Análisis de subsidencia producida por la excavación de túneles de la línea 4 del metro de Caracas, aplicando el método de los elementos finitos. Caracas: Universidad Central de Venezuela. Facultad de Ingeniería. Modalidad Trabajo de Grado, 2005. p. 3.

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Una de las principales ciudades donde se ha identificado este fenómeno es en Bogotá, el hundimiento continuo ha originado situaciones que amenazan a la población debido que ha tenido un desarrollo en terrenos que están conformados por suelos blandos de origen lacustre, como también presenta bajo nivel freático y suelo saturado en algunas zonas, pero lo que más influye en este comportamiento es que la ciudad se encuentra en una zona sísmica. Además lo que más preocupa y es una de las principales causas de la subsidencia en Bogotá son las excavaciones subterráneas como las extracciones de aguas que ocasionan hundimientos en las edificaciones aledañas. “Durante años las diferentes administraciones de Bogotá han pensado en apostarles a grandes proyectos que contribuya en el desarrollo de la infraestructura de la capital. Uno de los proyectos más ambiciosos que se presenta en la capital dentro del ámbito de movilidad es la construcción de la primera Línea del Metro en Bogotá. La capital alberga a 7.776.845 habitantes”9 según el último estudio de la Alcaldía de Bogotá la necesidad del metro es urgente debido a que en el “En el 2018, Bogotá colapsará sin un sistema de transporte masivo subterráneo”10 y los sistemas de transporte que tenemos no tienen la capacidad para transportar a miles de habitantes. Debemos entender que al ser una obra compleja requiere mayor elaboración en los estudios geológicos, debido a que es la base para establecer los cimientos en la construcción del metro, ya que recopila información detallada sobre las propiedades y características de los suelos y la identificación de escenarios potencialmente riesgosos. Para ello se han dispuestos monitoreo geotécnicos este con el fin de ajustar diseños durante la construcción y para controlar y verificar la afectación que se pueda tener dentro del ámbito ambiental y en las construcciones aledañas, en algunos estudios afirman que en “Evaluaciones hechas por varias entidades prueban que hay sectores que se deprimen hasta 7.5 centímetros por año. Obras como el futuro metro deberán tener en cuenta este fenómeno”11. El tramo III de la PLMB es de especial cuidado debido a la calidad del suelo y a las edificaciones aledañas, ya que la zona es de patrimonio histórico, la base de este proyecto se enfocará en saber si es posible estimar de manera teórica la subsidencia causada por la construcción de la PLMB en el tramo III.

9 DANE. Proyecciones de la población CD-ROM. Bogotá: El DANE, 2013. Estimaciones De Población 1985 - 2005 Y Proyecciones De Población 2005 - 2020 Total Departamental Por Área. 10 ALCALDIA MAYOR DE BOGOTÁ. El metro de Bogotá [en línea]. Bogotá: La Alcaldía citado 20 agosto, 2014. Disponible en Internet: <URL: www.metrodebogota.gov.co>. 11 UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA. Suelos arcillosos de Bogotá, proclives al hundimiento [en línea].

Bogotá: La Universidad citado 10 agosto, 2014. Disponible en Internet: <URL: http://www.agenciadenoticias. unal.edu.co/ndetalle/article/suelos-arcillosos-de-bogota-proclives-al-hundi miento.html>.

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1.3 OBJETIVOS 1.3.1 Objetivo General. Estudiar los fenómenos de la subsidencia y las implicaciones que puede generar en diferentes edificaciones en el Tramo III para la construcción de la primera línea del metro de Bogotá PLMB. 1.3.2 Objetivos Específicos. Recopilación de información relacionada con la identificación de las causas que conllevan a la subsidencia en la construcción de este tipo de estructuras. Analizar las consecuencias de las obras subterráneas en diferentes construcciones sobre el Tramo III de la Primera Línea del Metro de Bogotá PLMB. Estimar de manera teórica la subsidencia en determinados sitios del Tramo III. Buscar alternativas para mitigar el impacto de la subsidencia en Bogotá.

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2. MARCO REFERENCIAL 2.1 MARCO CONCEPTUAL 2.1.1 Túnel. Es una obra subterránea lineal, horizontal, pero que en algunos casos, por motivos especiales, tiene un ángulo superior a 30º con respecto a la superficie terrestre, dependiendo de las dificultades que se presenten a nivel geotécnico y de topografía. El objetivo principal es ser un medio de comunicación entre dos puntos, para realizar el transporte de personas, materiales, entre otros.

El desarrollo en la construcción de túneles y nuevas técnicas de perforación llegaron a la conclusión de que la meta para llevar a cabo este proceso es perturbar lo mínimo posible las condiciones del terreno excavado, ya que al comenzar la excavación de un túnel, el terreno se encuentra en un estado de equilibrio, a lo largo del avance de la excavación, este estado de equilibrio se ve alterado y se produce una descompresión del terreno, por este motivo, será necesario adoptar métodos constructivos que permitan evitar y limitar al máximo los efectos de dicha descompresión en la zona de la excavación. Esta descompresión del terreno va acompañada de un efecto de dilatación y de una pérdida irremediable de sus características geomecánicas, de tal forma, que en un terreno descomprimido, la estabilidad del conjunto sólo puede ser asegurada mediante la ejecución de un

sostenimiento del terreno12.

La geometría básica del túnel es un arco continuo. Debido a que los túneles debe soportar una tremenda presión por todos lados, el arco es una forma ideal, ya que por estática se puede establecer las fuerzas que interactúan para producir el equilibrio en las estructuras, como túneles y puentes:

La tensión, que se expande, o tira, el material De compresión, lo que reduce, o aprieta el material Esquila, lo que hace que las piezas de un material se deslice un pasado otro en direcciones opuestas De torsión, que tuerce un material

El túnel debe oponerse a estas fuerzas con materiales fuertes, tales como mampostería, acero, hierro y hormigón (véase la Figura 1).

12 REY SABÍN, Alberto; PARDO FERNÁNDEZ, Gabriel y HURTADO AGRA, Raúl. Túneles y Obras Subterráneas. Madrid: Sika S.A.U, 2010. p. 103.

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Figura 1. Estática de Tunel

Fuente. ARANCIBIA, Fernando. Construcción de Túneles en línea. Bogotá:

Ingeniería y Construcción citado 20 agosto, 2014. Disponible en Internet: <URL: http://facingyconst.blogspot.com/2011/02/construccion-de-tuneles.html> Con el fin de permanecer estático, el túnel debe estar en la capacidad de soportar las cargas que les impone. Carga muerta se refiere al peso de la propia estructura, mientras que la carga viva se refiere al peso de los vehículos y las personas que se mueven a través del túnel. 2.1.2 Sistema constructivo en Tramo Subterráneo. La excavación de túneles ha ido evolucionando con el tiempo dando paso a nuevos sistemas y métodos desarrollados regionalmente en función de las características geomecánicas de los materiales existentes. Así por ejemplo, en cuanto a túneles ejecutados por fases, se pueden diferenciar el Nuevo Método Austriaco de Construcción de Túneles (NATM), el Método Alemán, y el Método Belga, en los que la sección completa se divide en secciones más pequeñas, que se excavan y estabilizan para dar lugar a la sección completa posteriormente (véase la Figura 2).

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Figura 2. Componentes de un Túnel

Fuente. Debido a que la construcción de la PLMB es 100% subterránea, se pueden encontrar diferentes materiales, por ejemplo, arcillas blandas de alta plasticidad, arenas y gravas con permeabilidad alta, depósitos coluviales con rocas de gran tamaño, esto acompañado de niveles piezométricos cercanos a la superficie. La construcción de túneles debe tener en cuenta la estratigrafía probable, condiciones hidrogeológicas, geotécnicas entre otros para desarrollar el posible trazado del metro, para así garantizar seguridad en la obra, evitar fenómenos de subsidencia, deformaciones del túnel ya sentamientos en superficie. Para la realización del túnel se tiene en cuenta dos métodos: Método Cut and Cover. Métodos tradicionales. Métodos con máquinas Tuneladoras. TBM.

2.1.2.1 Método Cut and Cover (Cielo Abierto- Muros Pantalla). Es una excavación en trinchera que se hace a cielo abierto mediante muros de pantalla, funciona para túneles de profundidad menor de 15 metros. El ancho de la trinchera entre las pantallas varía de 12-15 metros. Proceso de Construcción: Construcción de muros pantalla, cumple la función de contención de tierras y limita el desplazamiento del terreno durante la excavación. Se retira el material hasta los niveles de apuntalamiento con anclajes o vigas de concreto armado se va avanzando hasta alcanzar la profundidad, esto depende del diseño definitivo, y después se funde la solera del túnel.

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Se hace un tratamiento en la solera del túnel para evitar sifonamiento o levantamiento. Para la construcción de la sección del túnel, se hace mediante un encofrado convencional, es decir, se apoya en la contra bóveda, y luego se funde todos los elementos del túnel. Se rellena hasta la superficie y se realiza los acabados de la superficie del terreno y redes de servicio y se hace la debida permeabilización.

Ventajas: Reduce es costo, plazo y seguridad En cuanto a subsidencia si se hace el debido procedimiento se evita este fenómeno e impedimento de las “barrigas” a las pantallas Disminuye la afectación de niveles freáticos en el terreno, así permitiendo un control de las subsidencias. Aprovechamiento de espacios generados por la clave del túnel y la superficie, para crear espacios comerciales, aparcamiento o estaciones de buses. Desventajas: Interferencia con redes de servicio públicos e interrupción del tráfico en la zona de trabajo. Requiere sistemas de estabilización en el fondo de la excavación para evitar levantamiento. Se genera subsidencia por el abatimiento de niveles de agua. Para evitar fallas en la profundidad de la excavación debido al no control de las subpresiones es necesario utilizar micropiltotes de anclaje lo que genera mayor costo y los rendimientos de la ejecución disminuyen. Para evitar asentamientos en las pantallas se necesitará tratamientos en el terreno en caso de suelos arenosos saturados. y así evitar pérdidas de material por el flujo de agua.

2.1.2.2 Métodos Tradicionales. Estos métodos son los más utilizados en la construcción de líneas de metro a nivel mundial debido a su mayor rendimiento y operación más segura.

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Método Belga. Excavación de galería en la clave y ensancharla poco a poco, y apuntalando el frente permitiendo fundir toda la bóveda. Proceso constructivo: Excavación desde la superficie mediante rampas o pozos verticales Se hace la construcción de la bóveda por módulos con el fin de evitar la inestabilidad del terreno. Estas longitudes de avance se van apuntalando por medio de tablas de madera o perfiles metálicos, los avances no deben ser superiores a 2.5 metros. Para la construcción de la sección central, se excava el material dejando un resguardo en los hastiales para contrarrestar el empuje de tierras, este resguarde es de 1 a 1.5 m. Se construye por módulos los hastiales de los dos costados simultáneamente con la bóveda, la excavación de módulos son de 2.5 metros de longitud. Se finaliza con la excavación y fundición de la sección ultima del túnel (solera).

Método alemán. Método que se emplea en cavernas y túneles de grandes luces y en donde el terreno es inestable. Proceso constructivo: Excavación desde la superficie mediante rampas o pozos verticales Se construye los hastiales del túnel por secciones excavando los módulos de 2.5 metros de longitud y se apuntalan con tablas o perfiles metálicos para poder fundir con concreto. Hay que tener en cuenta que si la altura del hastial es importante, es decir 5 metro o más la galería se excava en dos fases. Se construye la bóveda del túnel por secciones excavando los módulos de 2.5 metros de longitud y se apuntalan con tablas o perfiles metálicos para poder fundir con concreto. Par permitir la construcción de la bóveda primero se hace la excavación por la clave de la galería. Para el anillo de la bóveda se funde los hastiales primero para después se construye los anillos sobre los estribos de los hastiales. El avance de los módulos se construye simultáneamente con la bóveda, en el cual forman costillas con un ancho de 2m. Se excava la sección inferior del túnel para formar la contrabóveda.

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Y por último se excava la parte restante y se funde para formar solera.

Nuevo Método Austriaco (NATM). Su principal objetivo es la resistencia del terreno como sistema de sostenimiento, hoy en día, la aplicación del NATM está generalizada en casi todos los proyectos de realización de túneles

Proceso constructivo: Excavación desde la superficie mediante rampas o pozos verticales La construcción de la bóveda es total, es decir, no hay secciones, las excavaciones son con explosivos. Se recubre la sección excavada por medio de concreto reforzado de 15 a 20 cm de espesor. Se hace una medición para deformación del túnel. La contra bóveda y los hastiales se hace con el método tradicional.

Ventajas. Debido a que son métodos por secciones a medida que se avanza este permite adaptarse a diferentes terrenos y así poder controlar la estabilidad. Disminuye impacto ambiental. Construcción flexible, debido a que trabajan varios frentes. Si hay una adecuada construcción se evita problemas de subsidencias. Desventajas Se presenta impermeabilidad, debido a las presencia de juntas de construcción, afectando entonces, el acabado superficial de la obra. Estos métodos requiere mano especializada lo que eleva el costos dela obra. Las medidas de seguridad deben ser altas debido a que son excavaciones de alto riesgo y por ende se deben implementar medidas estrictas.

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Principios básicos: Los estados adversos de tensión y deformación en el terreno, se deberán corregir mediante un método de sostenimiento apropiado para cada tipo de terreno. En casos desfavorables, la ejecución de una contrabóveda aportará el arco resistente deseado, obteniéndose así, unas propiedades estáticas similares a las de un tubo. El tipo de sostenimiento se irá optimizando de acuerdo con las deformaciones máximas admisibles que presente el terreno. Deberá llevarse un seguimiento exhaustivo de las mediciones generales de control (convergencias), realizando constantes ensayos de optimización del sostenimiento. Como consecuencia de todo ello, la correcta utilización del NATM supone: Ejecución de procedimientos de excavación cuidadosos. Elección de la mejor sección de excavación posible, permitiendo además su adaptación a las condiciones específicas mecánicas de la roca y la distribución de tensiones. El sistema de excavación deberá de adaptarse a las propiedades del terreno encontrado. La estabilidad del frente sin sostenimiento, la elección correcta de la voladura y la longitud del avance, juegan un importante papel para elegir el método operacional más factible y económico. Los principios específicos del NATM son: El sistema está concebido como una estructura combinada, consistente en una formación del terreno alrededor de la excavación, y varios métodos de sostenimiento, tales como, hormigón proyectado, refuerzos y armados, bulones, cerchas, etc. El estado tridimensional de la tensión y los esfuerzos son compatibles con las propiedades geomecánicas del terreno. Necesidad de realización de ensayos sobre muestras del terreno tanto “in situ” como en el laboratorio. En todo momento se deberán tener en cuenta los valores geomecánicos del terreno, su variabilidad a largo plazo así como los efectos producidos por las filtraciones de agua existentes. En algunas ocasiones será importante que la propia estructura del soporte tenga una suficiente elasticidad, por lo que en dichos casos ciertas zonas del revestimiento se deberán realizar con un sostenimiento ligero.

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La ejecución del sostenimiento y la colocación de los bulones de anclaje se realizarán en el momento apropiado, con el fin de formar una estructura combinada con el terreno circundante próximo. El periodo de excavación sin sostenimiento, así como la ejecución de una contrabóveda, se considerará en función de la distribución de las presiones del terreno, y teniendo en cuenta las características geológicas del mismo, además de los tiempos de las operaciones de excavación. Las constantes mediciones e inspecciones visuales del terreno, así como los diferentes tipos y secciones de sostenimiento, caracterizan el NATM. El revestimiento definitivo se dimensionará de acuerdo con los cambios de presión resultantes de la alteración del terreno13.

2.1.2.3 Métodos con Maquinas Tuneladoras TBM. Es una máquina capaz de excavar túneles a sección completa, a la vez que colabora en la colocación de un sostenimiento si este es necesario, ya sea en forma provisional o definitiva. La excavación se realiza normalmente mediante una cabeza giratoria equipada con elementos de corte y accionada por motores hidráulicos. Los rendimientos conseguidos con tuneladoras de cabeza giratoria son elevadísimos si se comparan con otros métodos de excavación de túneles, pero su uso no es rentable hasta una longitud mínima de túnel a excavar: hace falta amortizar el precio de la máquina y eclipsar el tiempo que se tarda en diseñarla, fabricarla, transportarla y montarla (que puede llegar a los dos años). Además, los túneles a excavar con tuneladora tienen que tener radios de curvatura elevados porque las máquinas no aceptan curvas cerradas, y la sección tiene que ser circular en túneles excavados con cabeza giratoria. Tipos de Tuneladora.

Topos: Los topos son tuneladoras diseñadas para excavar rocas duras o medianas, sin demasiadas necesidades de sostenimiento. Su diferencia fundamental con los escudos es que no están dotados de un cilindro de acero tras la rueda de corte que realiza la función de entibación provisional. La fuerza de empuje se transmite a la cabeza de corte mediante cilindros (cilindros de empuje). La reacción producida se transmite al hastial del túnel mediante los grippers (fuerza de anclaje). Los grippers también compensan el par producido por la cabeza de corte, que se transmite a éstos a través de la viga principal. Cuando se ha terminado un ciclo de avance, se necesita reposicionar las zapatas de agarre (grippers), para la cual se apoya la viga principal en el apoyo trasero. Una

13 REY SABÍN; PARDO FERNÁNDEZ y HURTADO AGRA, Op. cit., p. 15-16.

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vez anclados los grippers en su nuevo emplazamiento, se libera el apoyo trasero y se inicia un nuevo ciclo de avance14.

Figura 3. Tuneladora Tipo Topo

Fuente. WIKIPEDIA. Tuneladora tipo topo en línea. Bogotá: Wikipedia citado 20

agosto, 2014. Disponible en Internet: <URL: http://es.wikipedia.org/wiki/ Tuneladora#mediaviewer/File:Tunnel_Boring_Machine_(Yucca_Mt).jpg>

Escudos. Los escudos son tuneladoras diseñadas por excavar rocas blandas o suelos, terrenos que necesitan sistemáticamente la colocación de un sostenimiento. A diferencia de los topos, los escudos cuentan con una carcasa metálica exterior (que da el nombre a este tipo de máquina) que sostiene provisionalmente el terreno desde el frente de avance hasta algo más allá de donde se coloca el sostenimiento definitivo, normalmente consistente en anillos formados por unas 7 dovelas. De este modo, se garantiza en todo momento la estabilidad del túnel. A menudo están preparadas para avanzar bajo el nivel freático. Si se trata de una tuneladora de cabeza giratoria, suele estar equipada con picas, rastreles o "rippers" (elementos que arrancan los suelos) y cortadores (elementos que rompen por identación la roca). También dispone de una serie de aperturas, frecuentemente regulables, por donde el material arrancado pasa a una cámara situada tras la rueda de corte y desde donde se transporta posteriormente hacia el exterior de la máquina. Tras esta cámara se alojan los motores y el puesto de mando de la máquina, espacios completamente protegidos por la carcasa metálica. Seguidamente está todo el sistema de perforación: primero los cilindros perimetrales (con un recorrido entre 1,20 y 1,50 m). Estos gatos perimetrales se apoyan contra el último anillo colocado de dovelas del revestimiento definitivo del túnel. Cuando

14 UNIVERSIDAD DE SUCRE. Clasificación y tipos de máquinas de movimiento y excavación en línea.

Sincelejo: La Universidad citado 20 agosto, 2014. Disponible en Internet: <URL: https://vagosdeunisucre.files.wordpress.com/2013/12/primera-clase-de-maquinarias-movimiento-de-tierras.pdf>

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finaliza el recorrido de los cilindros de avance, se coloca un nuevo anillo de dovelas (en el interior de la carcasa, que se extiende algo más allá, de forma que el túnel siempre está sostenido) y se empieza un nuevo ciclo de excavación. Una inyección de mortero o grasa es necesaria para llenar el vacío de 7 a 9 cm de grueso entre las dovelas y el terreno excavado15.

Figura 4. Tuneladora Tipo Escudo

Fuente. BIOCEANICO. Tecnología en línea. Bogotá: La Empresa citado 20

agosto, 2014. Disponible en Internet: <URL: http://www.bioceanicoaconc agua.com/tecnología>

Se distinguen dos grandes grupos de escudos, de entre los que se distinguen las tipologías que se explicitan a continuación:

Escudos de frente abierto: se usan cuando el frente del túnel es estable. El sistema de excavación puede ser manual, mediante brazo fresador, con un brazo excavador o con una cabeza giratoria. En algunos casos, se puede colaborar con la estabilidad del frente una vez acabado cada ciclo con unos paneles a modo de reja. Con este tipo de máquina, si la cabeza no es giratoria, es posible trabajar con secciones no circulares. Escudos de frente cerrado: se usan cuando el frente del túnel es marcadamente inestable, por ejemplo en terrenos no cohesivos, saturados de agua, etc. La sección excavada ha de ser circular. tiene varios tipos: Escudos con cierre mecánico: la entrada y salida de material en el cuarto de tierras se regula mediante dos puertas de apertura controlada hidráulicamente. La máquina tiene limitaciones con presencia de agua. Escudos presurizados con aire comprimido: prácticamente no se usan.

15 UNIVERSIDAD DE SUCRE. Clasificación y tipos de máquinas de movimiento y excavación en línea.

Sincelejo: La Universidad citado 20 agosto, 2014. Disponible en Internet: <URL: https://vagosdeunisucre.files.wordpress.com/2013/12/primera-clase-de-maquinarias-movimiento-de-tierras.pdf>.

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Escudos de bentonita o hidroescudos: con la inyección de bentonita se consigue estabilizar el terreno por sus propiedades tixotrópicas y facilitar el transporte de material mediante bombeo. Escudos de balance de presión de tierras o EPBs: el material es extraído del cuarto de tierras mediante un tornillo de Arquímedes. Variando la fuerza de empuje de avance y la velocidad de extracción del tornillo, se consigue controlar la presión de balance de las tierras, para que ésta garantice la estabilidad del frente y se minimicen los asentamientos en superficie. Para facilitar la evacuación de productos poco plásticos con tornillos, a menudo se han de inyectar productos químicos por aumentar la plasticidad de los terrenos. Hoy en día, las EPB son la tecnología predominante en cuando a excavación de túneles bajo nivel freático16.

2.1.3 Consolidación de Suelos. Es la reducción de volumen de los suelos finos cohesivos (arcillas y limos plásticos), la cual es provocada por la presencia de cargas sobre la superficie del suelo y ocurre en el transcurso de un tiempo generalmente largo. Esta consolidación produce asientos, es decir, hundimientos verticales, en el caso que estas se producen en gran magnitud, las construcciones pueden llegar a fallar, perdiendo su estabilidad.

Al observar los depósitos de material muy suaves situados en el fondo de una masa de agua, por ejemplo un lago, se nota que el suelo reduce su volumen conforme pasa el tiempo y aumentan las cargas sobre el suelo, se les llama proceso de consolidación. Frecuentemente ocurre que durante el proceso de consolidación permanece esencialmente igual la posición relativa de las partículas sólidas sobre un mismo plano horizontal, por lo tanto la consolidación solo se da en el plano vertical, a esto se le conoce como consolidación unidimensional. La consolidación de un suelo es un proceso lento, puede durar meses y hasta años. Es un proceso asintótico, es decir, que al comienzo es más veloz, y se va haciendo cada vez más lento, hasta que el suelo llega a una nueva situación de equilibro en la que ya no se mueve. El no tomar en cuenta este posible movimiento del suelo al proyectar una estructura sobre él puede llevar a consecuencias catastróficas tales como la inclinación, fisuración e incluso el colapso de la misma. En muchos casos es necesario pre-consolidar el suelo antes de proceder a la construcción de una obra importante, como puede ser, por ejemplo, un edificio o una carretera. La pre-consolidación se hace el terreno con un peso semejante o mayor que el que deberá

16 UNIVERSIDAD DE SUCRE. Clasificación y tipos de máquinas de movimiento y excavación en línea.

Sincelejo: La Universidad citado 20 agosto, 2014. Disponible en Internet: <URL: https://vagosdeunisucre.files.wordpress.com/2013/12/primera-clase-de-maquinarias-movimiento-de-tierras.pdf>.

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soportar una vez construida la obra, para esto se deposita en la zona interesada una cantidad de tierra con el peso equivalente de la obra17.

Figura 5. Consolidación Primaria (unidimensional).

Fuente. WIKIPEDIA. Consolidación Primaria (unidimensional) en línea. Bogotá:

Wikipedia citado 20 agosto, 2014. Disponible en Internet: <URL: http://es.wikipedia.org/wiki/Consolidaci%C3%B3n_de_suelos#mediaviewer/File:Consolidation_spring_analogy.jpg>. 2.1.4 Subsidencia. Es el asentamiento de una zona normalmente llana que experimenta un descenso lento y progresivo del terreno sin que se produzca un movimiento horizontal, causado por la consolidación del suelo. Cuando la deformación y el hundimiento son localizados y de dimensiones reducidas hablamos de un asentamiento, y si se da de manera muy rápida, de colapso. Los hundimientos pueden tener causas naturales (presencia de discontinuidades, disolución, oxidación, compactación, desecación, etc.) o por acciones antrópicas (extracción de recursos geológicos, humidificación excesiva de las arcillas, aumento de la carga, etc.).

Este fenómeno geológico es un riesgo natural que afecta a amplias zonas del territorio causando importantes daños económicos y una gran alarma social, sin embargo no suele ocasionar victimas mortales. Es de gran importancia en zonas urbanas, donde los perjuicios ocasionados pueden llegar a ser ilimitados, suponiendo un riesgo importante para edificaciones, canales, conducciones, vías de comunicación, así como todo tipo de construcciones asentadas sobre el terreno que se deforma. La subsidencia del terreno es únicamente la manifestación en superficie de una serie de mecanismos subsuperficiales de deformación. Prokopovich (1979) define desde un punto de vista genético dos tipos de subsidencia: endógena y exógena. El primero de estos términos hace referencia a aquellos movimientos de la superficie terrestre asociados a procesos geológicos internos, tales como pliegues, fallas, vulcanismo, etc. El segundo se refiere a los procesos de deformación superficial relacionados con la compactación natural o antrópica de los suelos.

17 MECANICA DE SUELOS. Teoría de la consolidación de suelos en línea. Caracas: La Empresa citado 20

agosto, 2014. Disponible en Internet: <URL: http://mecanicadesuelos.forovenezuela.net /t43-teoria-de-la-consolidacion>

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La subsidencia puede también clasificarse en función de los mecanismos que la desencadenan (Scott, 1979). Las actividades extractivas de mineral en galerías subterráneas, la construcción de túneles, la extracción de fluidos (agua, petróleo o gas) acumulados en reservorios subterráneos, el descenso de nivel freático por estiajes prolongados, la disolución natural del terreno y lavado de materiales por efecto del agua, los procesos morfotectónicos y de sedimentación o los procesos de consolidación de suelos blandos u orgánicos, son algunas de las causas de los procesos de subsidencia (González Vallejo et al., 2002)18.

En el Cuadro 1 se muestra un esquema de los diferentes tipos de subsidencia existentes. Cuadro 1. Tipos de Subsidencias

POR DISOLUCION SUBTERRANEA

En Sal

En Yeso

En Rocas

POR CONSTRUCCION DE OBRAS SUBTERRANEAS O GALERIAS MINERAS.

POR EROSION SUBTERRANEA (TUBIFICACIÓN O PINING)

POR FLUJO LATERAL Rocas Salinas

Arcillas

POR COMPACTACIÓN

Por Carga

Por Drenaje

Por Vibración

Por Extracción de Fluidos

Por Hidrocompactación

TECTONICA

Fuente. TOMAS, Roberto; HERRERA, Gerardo; DELGADO, José y PEÑA, Fernando. Subsidencia del terreno. En: Enseñanzas de las Ciencias de la Tierra. Junio – agosto, 2009. vol. 17, no. 3, p. 296. 2.1.4.1 Métodos de Medida de la Subsidencia. Los métodos de medida de las deformaciones del terreno pueden servir para estimar distintas magnitudes de la deformación estudiada como, por ejemplo, los desplazamientos relativos entre dos cuerpos, los movimientos absolutos, las inclinaciones, los desplazamientos en una dirección, los movimientos en profundidad, etc.

Considerando la descripción que establece para la Ingeniería Cartográfica, podemos diferenciar cuatro métodos de medida de las deformaciones de la superficie terrestre: métodos topográficos convencionales, métodos geodésicos, métodos fotogramétricos y métodos de teledetección. Sin embargo para este proyecto el enfoque va a ser los métodos topográficos los cuales son usados actualmente.

18 TOMAS; HERRERA; DELGADO y PEÑA, Op. cit., p. 295.

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Métodos topográficos convencionales: Bajo este término se engloban todas aquellas técnicas propias de la Cartografía clásica terrestre. Hasta hace relativamente poco tiempo constituían el único sistema válido y eficaz para llevar a cabo la medida de deformaciones de la superficie terrestre sin cometer grandes errores19.

Cuadro 2. Técnicas Topográficas Clásicas.

METODO USO PRECISIÓN

Nivelació trigonométrica o por pendientes

Variación de la altitud 20mm

Nivelación geometrica o por alturas Variación de la altitud ± 1mm/km

Nivelación geometrica de precisión Variación de la altitud ± 0.1mm/km

Triangulación topografica Desplazamiento de blancos móviles

5-10mm

Poligonal Desplazamiento de blancos móviles

5-10mm

Distanciómetro electroóptico (MED) Desplazamiento de blancos móviles

7mm±1-5ppm

Fuente. TOMÁS, Roberto; DELGADO, José y LÓPEZ SÁNCHEZ, Juan Manuel. Técnicas de ingeniería cartográfica empleadas en el estudio de subsidencia y

movimientos de ladera: principales características y análisis comparativo en línea.

Alicante: Escuela Politécnica Superior de Alicante citado 2 septiembre, 2014. Disponible en Internet: <URL: http://www.academia.edu/3676185/T% C3%A9cnicas _de_ingenier%C3%ADa_cartogr%C3%A1fica_empleadas_en_el_estudio_de_subsidencia_y_movimientos_de_ladera_principales_caracter%C3%ADsticas_y_an%C3%A1lisis_comparativo> Su fundamento se basa en la medida de las variaciones de las coordenadas de una serie de puntos durante un determinado intervalo de tiempo. Para ello se han de repetir las medidas de las coordenadas (-X, -Y, -Z) de los puntos de control, varias veces, en diferentes instantes, para así determinar si se ha producido o no variación en cualquiera de las tres direcciones del sistema de referencia. Las lecturas estos puntos de control suele realizarse desde unos puntos de coordenadas conocidas denominados bases topográficas que han de permanecer fijas durante todo el periodo de lectura. Los métodos topográficos pueden clasificarse en dos grandes grupos, altimétricos y planimétricos. Otro método utilizado en el estudio de fenómenos de inestabilidad

19 TOMÁS, Roberto; DELGADO, José y LÓPEZ SÁNCHEZ, Juan Manuel. Técnicas de ingeniería cartográfica empleadas en el estudio de subsidencia y movimientos de ladera: principales características y análisis

comparativo en línea. Alicante: Escuela Politécnica Superior de Alicante citado 2 septiembre, 2014. Disponible en Internet: <URL: http://www.academia.edu/3676185/T% C3%A9cnicas_de_ingenier%C3 %ADa_cartogr%C3%A1fica_empleadas_en_el_estudio_de_subsidencia_y_movimientos_de_ladera_principales_caracter%C3%ADsticas_y_an%C3%A1lisis_comparativo>

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de laderas es el de medición de distancias reales, cuya finalidad es determinar la variación de la distancia existente entre el punto de control y la base de referencia.

Métodos geodésicos. La Geodesia permite determinar las coordenadas de la proyección de los puntos sobre la superficie terrestre, así como la altura sobre el nivel del mar (geoide) o de forma más precisa a una superficie arbitraria que sirve de fundamento para el cálculo de los puntos geodésicos, que recibe el nombre de elipsoide de referencia. Los Sistemas de Posicionamiento Global (Global Positioning Systems, GPS), la Determinación de Órbitas y Radioposicionamiento Integrado por Satélite (Determination d’Orbites et Radio-Positionnement Intégrés par Satellite, DORIS) y la Telemetría de Láser por Scanner (Scanner Laser Ranging,SLR) constituyen las principales técnicas geodésicas empleadas en el estudio de las deformaciones de la superficie terrestre. Métodos fotogramétricos. La fotogrametría es una técnica consistente en la obtención de las tres dimensiones de una escena a partir de pares de fotografías de la misma, denominados fotogramas, tomadas bajo distintos ángulos. Existen tres métodos fotogramétricos. El primero de ellos es la fotogrametría terrestre, en la que, como su nombre indica, los pares de fotogramas se obtienen desde tierra estacionando el instrumental a distancias inferiores a 200 metros de la zona a restituir, proporcionando una precisión de hasta 40 mm. Este sistema es más apropiado para el estudio de fenómenos de pequeña envergadura que ocupan áreas reducidas. La fotogrametría aérea constituye el segundo método fotogramétrico. A diferencia del anterior, la cámara se sitúa sobre una plataforma aérea (avión o helicóptero), siendo la altura de vuelo inferior a 500 metros. La precisión obtenida con la fotogrametría aérea es de unos 100 mm, barriendo amplias áreas. El procesado de las imágenes permite construir un modelo digital del terreno (MDT) de la zona de interés. La comparación de los MDTs obtenidos en diferentes intervalos de tiempo a través de la fotogrametría, permite comparar los cambios superficiales que se han producido en la zona. La principal ventaja de la fotogrametría es que permite obtener una visión global de la zona deformada y no sólo de algunos puntos de la misma, tal y como ocurre con otros métodos de control de deformaciones. La fotogrametría satélite se basa en los mismos principios que la aérea. La diferencia estriba en que las imágenes estereoscópicas son adquiridas desde una plataforma espacial. Hasta el momento las precisiones conseguidas son bajas. No obstante, la mejora de las imágenes de satélite introducida por una nueva generación de satélites en el mercado como el SPOT V y el ASTER, capaces de adquirir dos imágenes en una misma órbita, ha hecho que la fotogrametría de satélite pueda llegar a competir con la fotogrametría aérea, permitiendo la fotointerpretación manual o la correlación automática de los pares20.

20 TOMÁS, Roberto; DELGADO, José y LÓPEZ SÁNCHEZ, Juan Manuel. Técnicas de ingeniería cartográfica empleadas en el estudio de subsidencia y movimientos de ladera: principales características y análisis

comparativo en línea. Alicante: Escuela Politécnica Superior de Alicante citado 2 septiembre, 2014. Disponible en Internet: <URL: http://www.academia.edu/3676185/T% C3%A9cnicas_de_ingenier%C3%Ada _cartogr%C3%A1fica_empleadas_en_el_estudio_de_subsidencia_y_movimientos_de_ladera_principales_caracter%C3%ADsticas_y_an%C3%A1lisis_comparativo>

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2.1.4.1 Métodos para Reducir la Subsidencia. Pueden distinguirse diferentes procedimientos:

Refuerzo de cimientos de las estructuras próximas, recalzando con micro pilotes, llevando a estos hasta una zona que no se prevean movimientos. Este sistema se ha utilizado, a veces, a posteriori, una vez introducidos los daños. Ejecución de paredes continuas de protección, situadas entre el edificio y el túnel, que pueden ser realizadas con pantallas continuas (ancladas o no), pilotes tangentes, jet-grouting, etc. Refuerzos del terreno mediante inyecciones en la zona de la bóveda, mediante “paraguas” de jet-gruting, reforzado el frente con bulones de fibra de vidrio, etc. Compensación de asientos mediante inyecciones de compensación, creando un bulbo que empuje el terreno y compense los asientos. Esta operación debe iniciarse un poco antes de llegar el túnel y realizarse en varias fases para compensar los movimientos que se vallan produciendo. Esta técnica se ha utilizado en diversos metros (Baltimore, Washington, Caracas, Londres, etc.) y las inyecciones pueden hacerse desde superficie o desde pozos verticales. Cambios del proceso constructivo, introduciendo mejoras o adecuando el diseño, inyectando huecos entre sostenimiento y terreno, acortando el plazo de apertura de galerías, disminuyendo el área del frente que se abre de una sola vez, rigidizando sostenimientos relativos, etc21.

2.1.5 Subsidencia de Túneles. Los túneles son estructuras subterráneas caracterizadas por estar rodeadas de un macizo rocoso, esta condición hace que la influencia geológica sea mayor que en cualquier otro tipo de construcción. Bajo el punto de vista geológico y geotécnico los principales factores a considerar en un túnel son los siguientes: 2.1.5.1 Características del Macizo Rocoso.

Tipo y distribución de las rocas: litología, petrología, mineralogía, estratigrafía. Propiedades de la roca matriz: resistencia, deformabilidad y durabilidad. Propiedades del macizo rocoso. Orientación de la estructura y sus discontinuidades principales con respecto al eje del túnel. Espesor y competencia de los recubrimientos.

21 GUIJARRO, Emilio. Deformaciones en Túneles Convergencia Subsidencia en línea. Bogotá: Scribd citado

25 agosto, 2014. Disponible en Internet: <URL: http://es.scribd.com/doc/136450479/Deformaciones-en-Tuneles-Convergencia-Subsidencia>

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2.1.5.2 Condiciones Ambientales.

Presiones intersticiales y régimen hidrogeológico. Temperatura. Gases. Estabilidad de laderas. Alteraciones de acuíferos. El conocimiento de cada uno de los citados factores básicos precisa de adecuados reconocimientos del terreno o investigaciones in situ cuyos resultados constituirán la principal fuente de información que permitirá abordar el estudio geológico-geotécnico del túnel y el diseño de la excavación. La excavación de terreno en una obra subterránea introduce una clara alteración en el estado tensional inicial del mismo, con tendencia de producir tracciones horizontales en clave, de compresión entre a superficie y la clave del túnel. Lo anterior tiene como consecuencia la inducción de un campo de deformaciones sobre el terreno, que tiende a cerrarse en torno a la excavación. Esto significa que existirán movimientos de la superficie, vertical (asiento) y horizontal, aunque este tipo de movimiento muchas veces se omite, este es el fenómeno que se conoce como Subsidencia y es de gran importancia en los túneles urbanos por la repercusión de estos movimientos no uniformes en los edificios que se encuentras sobre la superficie. Al movimiento que se presenta en la superficie es de especial cuidado ya que en la superficie o cerca a esta se encuentra las cimentaciones de los edificios próximos, a la zona en la que se realiza el proyecto. No existe forma de predecir el comportamiento de las construcciones frente a la alteración de la superficie en la que se encuentra, la construcción de un túnel como se mencionó anteriormente afecta a las estructuras que se encuentran sobre la superficie y la presión que ejercen estas alteran los movimientos del suelo alrededor del túnel (véase la Figura 6). Figura 6. Subsidencia por Obras Subterráneas

Fuente. TOMAS, Roberto; HERRERA, Gerardo; DELGADO, José y PEÑA, Fernando. Subsidencia del terreno. En: Enseñanzas de las Ciencias de la Tierra. Junio – agosto, 2009. vol. 17, no. 3, p. 296.

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2.1.5.3 Daños a Edificaciones por Subsidencia. En áreas urbanas la subsidencia del terreno puede afectar a estructuras existentes tanto a nivel superficial como a nivel subterráneo. La predicción de la deformación inducida por la excavación de túneles los riesgos de daños por asentamiento es una parte esencial de la planificación, diseño y construcción de túneles en ambientes urbanos. Existen métodos de diseño que son utilizados para evaluar los daños que se pueden dar hacia las construcciones para proyectos de túneles (véase la Figura 8).

El método consta de tres etapas, el asentamiento preliminar, es la etapa en la cual no se considera la presencia de la edificación y se evalúan los asentamientos de campo, Rankin (1988) provee pautas de cómo el asentamiento máximo y la pendiente máxima del edificio afecta el daño potencial, cuando esta relación es menos a 10mm el daño en un edificación es despreciable; La segunda etapa de asentamiento, la construcción esta representadas como una viga elástica, de esta manera se puede obtener la magnitud de los esfuerzos; Finalmente esta una evaluación detallada, en donde se tiene en cuenta la edificación y construcción del túnel, esto incluye un detalle tridimecional de la construcción del túnel y la orientación de la edificación con respecto al túnel, adicional a esto se debe tener en cuenta la interacción entre el suelo y la estructura, ya que este es un factor clave de cómo la influencia del edificio reduce la deformación22.

Figura 7. Descenso del Nivel del Terreno por la Presión de las Estructuras.

Fuente. TOMAS, Roberto; HERRERA, Gerardo; DELGADO, José y PEÑA, Fernando. Subsidencia del terreno. En: Enseñanzas de las Ciencias de la Tierra. Junio – agosto, 2009. vol. 17, no. 3, p. 297.

22 ESPINOZA CHAVARRÍA, Op. cit., p. 10.

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Categoría del daño: Burland (1977) distingue tres criterios donde se consideran los daños a edificios: Apariencia visual. Funcionamiento de servicios. Estabilidad.

Ellos concluyen que la apariencia visual de un edificio podría ser afectada cuando los elementos estructurales muestran desviaciones verticales y horizontalmente, es necesario aclarar que un daño visual es difícil de cuantificar y depende de un criterio subjetivo. Sin embargo Burland propone un sistema de categorías de daños basados en aligerar la reparación (véase el Cuadro 3).

Cuadro 3. Clasificación de daños visibles a paredes con referencia a la factibilidad de reparación. Burland (1995).

Fuente. ESPINOZA CHAVARRÍA, Donald Agustín. Análisis de subsidencia producida por la excavación de túneles de la línea 4 del metro de Caracas, aplicando el método de los elementos finitos. Caracas: Universidad Central de Venezuela. Facultad de Ingeniería. Modalidad Trabajo de Grado, 2005. p. 31. En el Cuadro 3 anterior el ancho de las grietas se toma como un indicador opcional en lugar de ser una medida directa cuyo énfasis está basado sobre la facilidad de

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reparación. El grado de severidad dado en la tabla solo aplica a edificaciones domesticas estándar y edificios. 2.1.6 Subsidencia por el Descenso del Nivel Freático. La extracción de fluidos ha provocado grandes daños alrededor del mundo y según Corapcioglu y Brtsaert (1977), el fenómeno más corriente de extracción de fluidos es cuando se extrae recurso hídrico de los acuíferos. La extracción de agua del subsuelo destaca entre todas las causas por su importancia y significación, asimismo, las zonas de subsidencia importante corresponden al bombeo desde acuíferos confinados. La bajada del nivel piezométricos en el terreno reduce la presión intersticial del agua en los poros del suelo y, como consecuencia, aumenta la presión efectiva, que en un suelo saturado es igual a la presión total menos la presión del agua (véase la Figura 8).

La compactación es el resultado del lento escape del agua en los poros del estrato cuya tensión efectiva aumenta, pues se ve acompañado por una transferencia gradual de tensión desde el agua de los poros a la estructura granular del suelo. La presión efectiva aumenta y la compactación en el estrato que contiene al agua comienza a ocurrir tan rápidamente como el agua pueda moverse. El ajuste del incremento de tensión aplicado se puede llevar años, e incluso décadas, en capas gruesas, de grano fino y drenaje lento, mientras que será rápido en los acuíferos de grano grueso. El valor de la deformación dependerá de la magnitud del incremento de tensión efectiva que se produce, de la compresibilidad y el espesor de los estratos, del tiempo durante el que se aplican las tensiones, de la velocidad de aplicación y del tipo de tensión. Por lo tanto, gran parte de la compactación ocurre en los estratos arcillosos de grano fino (acuitardos), que son los más compresibles pero que tienen baja permeabilidad. La salida del agua, al disminuir la presión en los poros, y el incremento de presión efectiva son lentos y dependientes del tiempo, aunque la compactación última es grande. Parte de este descenso no puede recuperarse con nuevos aportes de agua, lo que provoca una disminución permanente en el volumen de suelo23.

23 VÁZQUEZ CARRETERO, Narciso-Jesús. Cálculo de la subsidencia unidimensional debida a los descensos del nivel Piezométrico. Aplicación al casco urbano de Murcia y a los efectos sobre sus edificios. Sevilla: Universidad de Sevilla. Departamento de Mecánica de Medios Continuos, Teoría de Estructuras e Ingeniería del Terreno. Modalidad Tesis Doctoral, 2001.p. 6.

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Figura 8. Subsidencia por Extracción de Agua en Acuíferos Confinados.

Fuente. TOMAS, Roberto; HERRERA, Gerardo; DELGADO, José y PEÑA, Fernando. Subsidencia del terreno. En: Enseñanzas de las Ciencias de la Tierra. Junio – agosto, 2009. vol. 17, no. 3, p. 297. La presencia de aguas subterráneas en el terreno condiciona la ejecución de cualquier obra civil. En el caso de la construcción de túneles, el problema se manifiesta por existencia de un flujo de agua hacia el interior de la excavación. La naturaleza y magnitud del caudal de agua dependerá de las condiciones geológicas del suelo, de la presencia de algún tipo de fracturas, de la permeabilidad del macizo y de la presión hidrostática. El flujo del agua se transmite a través de la formación acuífera, el túnel se comporta como un dren que canaliza el agua de los acuíferos interceptados, la construcción de este provoca que el suelo se desestabilice, lo que trae consigo la perdida de resistencia como consecuencia de la descompresión, se produce la abertura de discontinuidades que son aprovechadas por el flujo subterráneo para que el agua pueda abrirse camino. Existen otros casos, en la excavación del túnel se requiere la ejecución de rebajamientos del nivel freático, en donde se extrae agua y para esto existen dos maneras: los pozos de bombeo y los well point, esto causara que al realizar la construcción del túnel el nivel freático no se vea afectado y así llevar a cabo las obras en condiciones drenadas, que facilite la ejecución del proyecto. En la práctica no es fácil evaluar los caudales de drenaje y las presiones hidrostáticas a lo largo del trazado, particularmente en formaciones rocosas fisuradas. El agua plantea problemas, tanto en la fase de ejecución como en el periodo de servicio, siendo necesario en el diseño del túnel establecer métodos de rebajamiento, los caudales de agotamiento y las formas de recogerlo y evacuarlos hacia el exterior. 2.1.6.1 Influencia de las Condiciones Hidrogeológicas. “La excavación de un túnel puede originar una serie de acciones inducidas sobre el terreno que pueden llegar a modificar las condiciones naturales, en las que el agua juega un papel muy destacado. Estas modificaciones pueden afectar a la estabilidad del macizo y a las

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medidas de sostenimiento a aplicar para la construcción del túnel”24. A continuación se muestra las consecuencias más relevantes: Perdida de la resistencia del macizo rocoso que rodea la excavación. Aumento de las presiones entre las fallas, sobre el sostenimiento y revestimiento. Incremento de la subpresion sobre el material de fondo o en el frente de la excavación, que puede dar lugar a fenómenos de sifonamiento en materiales arenosos, tubificaciones, etc. Formación de cavidades y colapsos. Problemas de asentamiento de cimentaciones próximas o subsidencia en superficie. 2.2 MARCO TEÓRICO

2.2.1 Reseña Histórica.

Para entender un poco la realización de la construcción de la línea del Metro en Bogotá se tendrá en cuenta los diferentes tipos de metros que operan alrededor del mundo, este con el fin de mirar fortalezas, debilidades y características y tener en cuenta como experiencia puedan servir en la realización de la Primera Línea de Metro de Bogotá (PLMB). Los siguientes metros han sido escogidos por que han tenido excelentes resultados a nivel de caracterización física e infraestructura, análisis operacional, análisis institucional y organizacional, análisis normativo y contractual, análisis de impacto urbanístico, análisis del impacto ambiental, análisis del impacto socioeconómico, análisis financiero y acciones en branding, comunicación y marketing. Para tal efecto solo nos enfocaremos en los ejes de características físicas e infraestructura (véase la Figura 9).

24 MORENO SANCHEZ, Javier. Hidrogeología aplicada a la construcción de túneles en línea. Bogotá: TGEA

Medio Ambiente citado 10 septiembre, 2014. Disponible en Internet: <URL: http://www.terratest.es/docs /hidrogeologiaaplicadaatunelesgea.pdf>

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Figura 9. Diferentes Metros Alrededor del Mundo.

Fuente. Los Autores 2.2.1.1 Metro de Londres. La construcción del Metro de Londres no solo ha sido reconocida por ser la más antigua, sino porque ha tenido como objetivo implementar un sistema de transporte masivo en zonas urbanas. “En 1890 Londres fue la primera ciudad en tener un sistema de transporte masivo con funcionamiento eléctrico, hoy en día ya cuenta 272 estaciones que se reparten por las 11 líneas que abastecen gran parte dela población londinense con una longitud total de 480 kilómetros”25. De los cuales el 51.2% es subterránea y el 1.5% su construcción es viaducto. En la actualidad los encargados de la red de Metro de Londres, han tenido que ampliar su infraestructura debido a la gran demanda, esta ampliación pretende utilizar tuneladora de tipo escudo, debido a que son para trabajos en terrenos no rocosos y además porque este mecanismo permite realizar túneles de gran extensión y tiene la ventaja de trabajar la sección transversal constante y fundir los hastiales a la vez (véase las Figuras 10 y 11).

25 SENER. Evaluación Expost De Experiencias Proyecto Metro, Metro De Londres. Producto 12. Bogotá: La Empresa, 2012. p. 11.

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Figura 10. Construcción Metro de LONDRES 1863

Fuente. MOS INGENIEROS. Aniversario del metro más antiguo del mundo: The

Tube en línea. Bogotá: La Empresa citado 10 septiembre, 2014. Disponible en Internet: <URL: http://www.mosingenieros.com/2013/01/aniversario-del-metro-mas-antiguo-del.html> Figura 11. Metro de Londres. Actualidad.

Fuente. LONDRES.ES. Metro de Londres en línea. Bogotá: La Empresa citado

10 septiembre, 2014. Disponible en Internet: <URL: http://www.londres.es/metro>

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2.2.12 Metro de Madrid. El Metro de Madrid dentro de sus 95 años se ha caracterizado por tener la máxima capacidad de transporte siendo el transporte suburbano más innovador del mundo desarrollando ampliaciones en la mayoría de sus servicios. Inicio en 1919 se dio apertura la primera línea de en donde se implementó un sistema en donde la velocidades de desplazamiento eran mayores y se pudiera mejorar el antiguo sistema de transporte. La construcción del metro de Madrid se dio en un terreno en donde predominan suelos de granito, gneises y afloramiento de calizas. En cuanto el método constructivo debido a que estos han ido evolucionando han sido variables los procesos constructivos y también debido a la calidad de suelo, pero en general, para longitudes cortas se realizó por métodos convencionales en el cual consiste en ir formando galerías o tramos para ir formando todo el túnel. Por otro lado se utilizó excavaciones a cielo abierto, es decir, para excavaciones donde las edificaciones dificulten la obra se realiza pantallas. En cuanto a la tuneladora se utilizó en zonas urbanas, en donde se encuentra mayoría de población y especialmente donde hay dificultades geotécnicas, es decir, la presencia de suelos blandos y aguas subterráneas presentes. Para la construcción del Metro de Madrid se tuvieron en cuenta dos tipos de infraestructura subterránea: Túneles de gálibo estrecho: se utiliza para un subsuelo a poca profundidad. Túneles de gálibo ancho: se utiliza en subsuelo a gran profundidad. Para tener mayor seguridad en los procesos constructivos de excavación se implementó puntos en donde se controlaba las subsidencias, movimientos estructurales de edificios, cargas de túneles entre otros para dar soluciones a los posibles problemas. Uno de los problemas que se enfrentó la construcción del metro fue el grado de asentamiento que presentaba en las diferentes líneas de la red del metro, desde 2 a 5 m. para reducir la subsidencia se utilizaron diferentes métodos como: reforzar cimientos de las estructuras próximas, ejecución de paredes continúas de protección, es decir pantallas ancladas o no, jet-grouting. Así mismo para la ampliación en los diferentes tramos se elaboró un “plan de instrumentación y Control”26 que se trata de hacer un seguimiento a los movimientos generados en las obra y en los edificios aledaños y controlar los comportamientos generados en las pantallas en las diferentes estaciones.

26 OTEO MAZO Carlos; y RODRIGUEZ ORTIZ, José M. Instrumentación y Auscultamiento. Subsidencia y Auscultamiento en los túneles del Metro de Madrid. En: Revista de Obras Públicas. Octubre – noviembre, 1997. no. 3369, p. 57.

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Figura 12. Primera Línea del Metro de Madrid (España)

Fuente. BRANZAI. Línea 2 Vodafone: Nuevo Patrocinio de Metro en línea. Bogotá:

La Empresa citado 10 septiembre, 2014. Disponible en Internet: <URL: http://www.branzai.com/2013/09/linea-2-vodafone-nuevo-patrocinio-de.html> 2.2.1.3 Metro de Ciudad de México. El metro en México se ha caracterizado por ser la más económica a nivel de costo en billete de viaje, además su red es la más extensa en Latinoamérica, pero su éxito se debe a su problemática geológica y en las posibles soluciones que se emplearon sirvieron para mitigar dichos problemas. El funcionamiento del metro se inició en junio de 1967 y a partir de ahí ha tenido que construir ampliaciones en su red para cumplir con la demanda de pasajeros en la ciudad México. La Ciudad de México se sitúa en el Valle de México que se caracteriza porque está rodeado por cadenas de montañas antiguas de lavas y cenizas volcánicas endurecidas que forman una cuenca, en el fondo de esta se albergó una planicie cubierta por lagos poco profundos. Hoy en día estos lagos han desaparecido dejando allí depósitos de arcilla coloides blandas. Se presentan estratos endurecidos intercalados entre los estratos de las arcillas. Debido a que en tiempos secos disminuyo la formación de arcilla provocando la exposición de los fondos de los lagos, dejándolos expuestos a la desecación por efecto del sol. Una de los mayores problemas que afecta a las construcciones de México son los hundimientos debido a la gran extracción de agua los acuíferos de las arcillas.

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Debido a que la Línea de Metro de México, en su mayoría, es subterránea se utilizaron métodos como Cielo Abierto, el método austriaco, escudo o tuneladora. Figura 13. Metro de la Ciudad de México (México).

Fuente. MEXICO PARA TODOS. Metro de la ciudad de México en línea. México:

La Empresa citado 10 septiembre, 2014. Disponible en Internet: <URL: http://mexicoparatodos-jose.blogspot.com/2011/10/historia-del-metro-de-la-ciudad-de.html>. 2.2.1.4 Metro de Paris. Este metro se caracteriza por ser el más denso en la red de transporte masivo de pasajeros y por integrar el sistema metro con un concepto de transporte intrarregional y comunicar con el sistema de cercanías (RER). La red de metro consta de 16 líneas. Los métodos constructivos han ido variando con respeto a las características del suelo. El subsuelo de Paris está cubierto por depósitos aluviales debido a la presencia del rio Sena, en algunas zonas encontramos material de arcilla y arenas y rocas calcarías. El nivel freático se encuentra a 10 metros de profundidad y su capa freática se sitúa alrededor de los 16 metros y algunos puntos su nivel desciende a 5 metros, como se mencionó anteriormente se han utilizado los métodos dependiendo del terreno como por ejemplo, a cielo abierto, por método tradicional, de pre-corte con pre-bóveda, tuneladora (véase las Figuras 14 y 15).

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Figura 14. Metro de Paris (Francia)

Fuente. FRANCIA GUÍA. Metro en Francia en línea. Bogotá: La Empresa citado

10 septiembre, 2014. Disponible en Internet: <URL: http://www.franciaguia.com/ metro-en-francia/> Figura 15. Construcción metro de Paris (Francia) 1774

Fuente. DIARIO VASCO. Metro De Paris: fabricando túneles con la ayuda de la

congelación en línea. País Vasco: El Diario citado 10 septiembre, 2014. Disponible en Internet: <URL: http://blogs.diariovasco.com/bigbang/2010/01/02/ 1910_metro_de_paris_fabricando_tuneles_c/>

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2.2.1.5 Metro Sao Paulo. Se caracteriza por tener solo cinco líneas y mover a gran parte de la población den Sao Paulo, la mayoría de la red es subterránea y se ha realizado por métodos de excavación en zanja, el Nuevo Método Austríaco y tuneladora. En cuanto a excavación den zanja se realizó por las diferentes condiciones geológicas y geotécnicas de una zona en donde se necesita hacer desviaciones y las interferencias con servicios existente es reducida (véase la Figura 16). Figura 16. Metro de Sao Pablo (Brasil).

Fuente STARMEDIA. Metro de Sao Paulo en línea. Bogotá: La Empres citado

10 septiembre, 2014. Disponible en Internet: <URL: http://fotos.starmedia.com/ 2014/06/metro-en-sao-paulo-756918.html> 2.2.1.6 Metro de Santiago de Chile. Se ha caracterizado por su auto sostenibilidad operacional, el metro de Santiago de Chile constituida por cinco líneas que cubre gran parte de la ciudad. Más de la mitad de longitud del metro es subterránea, es suelo está formado por gravas arenosas y una grava areno arcillosas. El nivel freático se encuentra a 9 metro de profundidad, aunque se han detectado aguas subterráneas debajo de la contrabóveda no han afectado la ejecución de las obra de los túneles. Los métodos constructivos fue método a nivel o tipo viaducto (véase la Figura 17).

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Figura 17. Metro de Santiago de Chile (Chile).

Fuente. TARINGA. Metro de Santiago de Chile en línea. Bogotá: La Empres

citado 10 septiembre, 2014. Disponible en Internet: <URL: http://www.taringa.net/ posts/imagenes/17409576/Metro-de-Santiago-Subte-de-Buenos-Aires.html> 2.2.2 Primera Línea del Metro de Bogotá (PMLB). La PLMB es un proyecto que busca descongestionar un sistema de transporte que puede colapsar si no se presta la atención debida, en el cual permitirá mejorar las áreas residenciales de diferentes sectores de la ciudad en forma estratégica, por ejemplo mejoras en equipamiento (Sur-occidente), recuperación en áreas industriales (Puente Aranda), renovación en áreas centrales y a su vez mezclar con áreas residenciales y el fortalecimiento en prestación de servicios (Calle 13 hasta la Calle 63), y por último fortalecer áreas de vivienda y generar empleos (Tramo Norte). Teniendo en cuenta lo anterior, el proyecto de la PLMB empezó por analizar puntos críticos para determinar donde había mayor demanda y así crear varias alternativas de red, en donde escogió la más viable teniendo en cuenta la movilidad del usuario, medio ambiente, economía, rutas y trazado del sistema de transporte entre otros (véase la Figura 18). Figura 18. Análisis de Movilidad

Fuente. Los Autores.

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Como se puede evidenciar en la imagen nos damos cuenta que la mayoría de las personas se movilizan hacia el centro de la ciudad y su origen se produce desde el Sur-occidente. Determinando así por los estudios realizados por la firmas SENER y el Metro de Barcelona, que la PLMB va desde el Portal Américas en el suroccidente hasta la Calle 127, en el norte de la ciudad, conectando así el borde occidental. PLMB constara de 27 km de longitud, 15 y 25 mts de profundidad, el recorrido es 100% subterráneo, y de tracción eléctrica. En cuanto el material rodante se tiene previsto 50 trenes de 6 vagones, este con fin de transportar 2000 pasajeros por tren, es decir 45000 pasajeros hora/sentido con el objetivo de que para el 2050 se transporte 80000.

La construcción de la PLMB tendrá 28 estaciones de 200 metros de largo, 26 metros de ancho y constara de 6 vagones, estas estaciones estarán equipadas con ascensores y escaleras mecánicas para el acceso de los pasajeros, esta a su vez están clasificadas por construcción: en superficie, semienterradas y en túnelo subterránea; según tamaño de la estación : simple o de paso (no hay conexión directa con transporte masivo) , de transferencia (conexión con transmilenio o tren de Cercanías y Especiales (hay conexión directa con transporte con sistema masivo y cuenta con locales comerciales, oficinas, equipamiento cultura) (véase el Cuadro 4 y la Figura 19). Cuadro 4. Descripción de las Estaciones Establecidas para la PLMB

ESTACION NOMBRE CONSTRUCCION TAMAÑO

1 PORTAL MERICAS SUBTERRANEA TRANSFERENCIA

2 CASABLANCA SUBTERRANEA PASO

3 VILLAVICENCIO SUBTERRANEA PASO

4 PALENQUE SUBTERRANEA PASO

5 KENNEDY SUBTERRANEA PASO

6 BOYACA SUBTERRANEA TRANSFERENCIA

7 1° DE MAYO SUBTERRANEA PASO

8 AVENIDA 68 SUBTERRANEA TRANSFERENCIA

9 RIO FUCHA SUPERFICIAL PASO

10 AC 6 SEMIENTERRADA PASO

11 AC 13 SEMIENTERRADA PASO

12 NQS SEMIENTERRADA ESPECIAL

13 PALOQUEMAO SEMIENTERRADA PASO

14 LA SABANA SEMIENTERRADA ESPECIAL

15 SAN VICTORINO SUBTERRANEA ESPECIAL

16 AC 19 AVENIDA LIMA SUBTERRANEA PASO

17 LA REBECA SUBTERRANEA ESPECIAL

18 AC 34 PARQUE NACIONAL SUBTERRANEA PASO

19 AC 42 GRAN COLOMBIA SUBTERRANEA PASO

20 MARLY SUBTERRANEA PASO

21 SANTO TOMAS SUBTERRANEA PASO

22 PLAZA DE LOURDES SUBTERRANEA PASO

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Cuadro 4. (Continuación) ESTACION NOMBRE CONSTRUCCION TAMAÑO

23 AV 72 CHILE SUBTERRANEA PASO

24 CALLE 85 SUBTERRANEA PASO

25 PARQUE 93 SUBTERRANEA PASO

26 CALLE 100 SUBTERRANEA PASO

27 USAQUEN SUPERFICIAL PASO

28 CALLE 127 SUPERFICIAL TRANSFERENCIA

Fuente. Los Autores Figura 19. Propuesta Primera Línea del Metro de Bogotá.

Fuente. METRO DE BOGOTA. Conozca los estudios para el metro de Bogotá en

línea. Bogotá: Alcaldía Mayor de Bogotá citado 10 septiembre, 2014. Disponible en Internet: <URL:http://www.metroenbogota.com/movilidad-bogota/metro-de-bogota/conozca-los-estudios-oficiales-para-el-metro-de-bogota>

La administración actual dentro de su Plan De Desarrollo Distrital (2012-2016) en su “plan de movilidad humana” cuyo objetivo es reducir emisiones, mitigar cambios climáticos, priorización a peatones, ciclistas, entre otros. Para la construcción de la PLMB se llevaran cuatro etapas importantes: Etapa de factibilidad (1981-2009) Estudios y diseño (ingeniería básica avanzada)(2013-2014) Construcción primera línea (2015-2020) Operación y mantenimiento (2020)

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Para llevar a cabo con el cumplimiento de las políticas y objetivos en la PLMB efectuará las siguientes etapas: Obra civil- infraestructura (Abril de 1014): Diseño del túnel, diseño de estructuras, diseño de las estaciones e interferencia con redes. Amueblamiento y dotación de la infraestructuras y sistemas: (Septiembre de 1014): Comprende el diseño de paisajismo, arquitectura, urbanismo, talleres y patios, diseño de sistema de control, de alimentación eléctrica, comunicaciones y señalización. Adquisición de material rodante-costos de operación (Septiembre de 2014): Comprende diseño de material rodante, costos de inversión de la obra civil, instalaciones, equipos, material rodante, costos de mantenimiento y operación.

Después de realizar varios estudios acerca de la viabilidad de la PLMB en donde se determinaba varios factores socioculturales. Hoy en día el proyecto se encuentra en la segunda etapa: estudios y diseño (ingeniería básica avanzada), que se inició el 25 de junio de 2013 con el contrato 849-201327, con un plazo de ejecución de 15 meses, es decir que se finalizará el 24 de septiembre de 2014, en esta etapa el consorcio L1 (Euroestudios SL, IDOM Ingeniería y Consultoría S.A., Cano Jiménez Estudios S.A) tendrá como objetivos entregar los diseños y estudios para la PLMB tales como:

Gestión RAMS. Levantamiento topográfico. Estudio geotécnico. Proyecto de túnel. Diagnóstico de interferencia de redes. Diseño geométrico. Proyecto de estaciones. Talleres y cocheras. Puesto central de control. Proyecto de sistemas de alimentación eléctrica. Sistema de señalización. Sistema de puertas de andén. Sistemas de comunicaciones. Material rodante. Estimación de costos de inversión. Estimación de costos de operación y mantenimiento.

27 INSTITUTO DE DESARROLLO URBANO (IDU), Diseño para la Primera Línea del Metro en el Marco del

Sistema Integrado De Transporte Publico –SITP- Para La Ciudad de Bogotá. Contrato No 849 de 2013 en

línea. Bogotá: El Instituto citado 10 agosto, 2014. Disponible en Internet: <URL: https://www.contratos.gov.co /consultas/detalleProcesoBM.do?numConstancia=13-6-2528>

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Estructuras. Paisajismo. Durante el avance de Julio de 2014 presentada por Instituto De Desarrollo Urbano (IDU) que dio a conocer los detalles que hasta el momento ha presentado el proyecto de la PLMB:

Estado de avance del proyecto: 75%. Topografía: 100% Geotecnia: 100%

600 perforaciones cada 50 mts. Sondeo y ensayo tipo piezocono hasta 50 mts de profundidad.

El Distrito avanza en la gestión de financiación: 70%. Pero durante los últimos meses la PLMB ha sido modificada determinando aumentar el trayecto por el suroccidente, es decir, extender 3.5 km lo que indica que la longitud seria de 30.5 km y partirá del sector de Maryland, (Bosa) debido a que el punto de partida donde se iba a ubicar el patio-taller de los trenes del metro tiene dificultades ambientales por la inadecuada construcción de un antiguo relleno sanitario. Otro de los cambios que se haría, y está en estudio, seria llevar el metro hasta la localidad de Suba, y hacer un giro hacia el occidente por la Avenida Primera de Mayo, aumentando más la longitud de la línea de metro (véase la Figura 20). Figura 20. Modificaciones para los Estudios del Metro

Fuente. METRO DE BOGOTA. Conozca los estudios para el metro de Bogotá en

línea. Bogotá: Alcaldía Mayor de Bogotá citado 10 septiembre, 2014. Disponible en Internet: <URL:http://www.metroenbogota.com/movilidad-bogota/metro-de-bogota/conozca-los-estudios-oficiales-para-el-metro-de-bogota>

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Como se mencionó anteriormente la traza de la PLMB se inicia en el Tintal (Portal de las América) y finaliza la Calle 127 (por la Carrera 9 y pasando a la Carrera 11). Debido a las diferentes condiciones geográficas, geométricas y urbanísticas, el tramo que abarca la primera línea del metro se subdividió en cuatro tramos: TRAMO 1: Inicio en el Sur en la zona donde se tiene planeado ubicar los talleres y cocheras del Tintal y finaliza próximo al cruce de la Avenida 68 con la Avda. 1º de Mayo, a lo largo de un recorrido de 6,667 km. En este tramo se diseñan siete (7) estaciones denominadas Portal de las Américas, Casablanca, Villavicencio, Palenque, Boyacá y 1º de Mayo, en sentido inicio-fin.

TRAMO 2: Tiene su inicio en el punto final del Tramo I y llega hasta pasada la Estación de San Victorino, en la Carrera 10 con la Calle 13. Presenta una longitud de 7,348 km. En este tramo se diseñan siete (7) estaciones denominadas Avenida 68, Rosario, NQS, Santander, Nariño, Hortúa y San Victorino, en sentido inicio-fin.

TRAMO 3: Siendo este el tramo en estudio para este proyecto, debido a sus características geográficas y geotécnicas, las cuales resaltan entre los otros tramos que comprenden este proyecto. Este tramo tiene su inicio en el punto final del Tramo II y alcanza hasta pasada la Plaza de Nuestra Sra. De Lourdes, adentrándose en la Carrera 13. Presenta una longitud de 6,171 km. En este tramo se diseñan siete (7) estaciones denominadas Lima, La Rebeca, Parque Nacional, Gran Colombia, Marly, Santo Tomás Y Plaza de Lourdes.

TRAMO 4: Este tramo final arranca desde el punto final del Tramo III y finaliza en la Calle 127 con la Carrera 11. Presenta una longitud de 6,741 km. En este tramo se diseñan seis (6) estaciones denominadas Avenida Chile, Calle 85, Parque 93, Calle 100, Usaquén, y Calle 127, en sentido inicio-fin (véase la Figura 21).

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Figura 21. Planta General del Trazado. Distribución por Tramos.

Fuente. METRO DE BOGOTA. Conozca los estudios para el metro de Bogotá en

línea. Bogotá: Alcaldía Mayor de Bogotá citado 10 septiembre, 2014. Disponible en Internet: <URL: http://www.metroenbogota.com/movilidad-bogota/metro-de-bogota/conozca-los-estudios-oficiales-para-el-metro-de-bogota> Como se observa en la ilustración anterior el trazado de la línea del metro circula por las grandes avenidas o calles de la ciudad, evitando en gran parte pasar por debajo de edificaciones y estructuras. Caso que no ocurre con el tramo III, exactamente entre Lourdes y Gran Colombia, el cual debido a su geometría limitada, donde las calles son más estrechas y la longitud de las estaciones y transiciones al túnel, mayor de lo normal que en el resto de la PLM.

2.2.2.1 Historia

1942: EL alcalde Carlos Sanz de Santamaría hace el primer estudio del metro, la iniciativa no prospero, llega el sistema de Trolley a Bogotá. 1949: El alcalde Fernando Mazuera debido a que los usuarios se quejaban por el tranvía propones un metro por concesión a 25 años por la Caracas. 1954: El tranvía es reemplazado por los buses de gasolina y se inicia la “guerras del centavo”. La Sociedad Colombiana de Arquitectos propone dos líneas de metro.

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1957: debido a una cambio de gobierno, la propuesta hecha por Canadienses al General Rojas Pinilla de construir un monorriel queda suspendida. 1966: Tres firmas Colombianas estudiaban la propuesta de construir un metro de 93 km con tramos subterráneos y elevados durante el gobierno del Alcalde Gaitán Cortés, pero esta propuesta se archivó debido cambios de gobierno. 1974: El alcalde Palacio Rueda se reúne con una firma de Canadiense, esta vez para hablar sobre la utilización de rieles que existían para el metro. 1975: La Alcaldía de Prieto Ocampo contrata a un estudio español a realizar los estudios de la propuesta anterior acerca de los rieles. 1978: El Alcalde Durán Dussán crea Empresa Metro. 1979: el Congreso de la República argumenta la falta de estudios Sifuentes para llevar a al cabo la construcción del metro. 1984: los estudios del metro en Bogotá se archivan y se decide dar prioridad al metro en Medellín durante el Gobierno de Belisario Betancur. 1988: El Gobierno Nacional insiste que es necesario para implementación del metro en Bogotá debido al crecimiento que tenía la ciudad. Pero el Alcalde Andrés Pastrana decide que no hay recursos para su construcción. 1991: El Alcalde Andrés Pastrana inaugura la Troncal Caracas y durante el gobierno de Cesar Gaviria se abstiene de financiar la propuesta del metro. 1993: El Alcalde Jaime Castro propone el sistema masivo de buses pero este cae debido a la falta de garantías. 1997: Durante el gobierno del Presidente Ernesto Samper y el Alcalde Antanas Mockus se terminal el plan Maestro de Transporte Urbano (JICA) y el diseño conceptual del SITP (incluyen la Primera Línea Del Metro), pero lo propuesto por el JICA se realiza en partes. 1999: El Alcalde Peñalosa reemplaza el metro por Transmilenio, debido a la falta de recursos y la estructura del sistema. 2008: La firma SENER y el Metro Barcelona son contratados para realizar los estudios del metro de Bogotá. 2011: la firma Steer Davis Gleave confirma los resultados de SENER y el Metro Barcelona y se da inicio al Metro de Bogotá.

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2.2.2.2 Financiación. Según la ley 310 de 1996 (ley de metro) “los recursos vendrán de la Nación y entidades descentralizadas (Distrito Capital) con un mínimo del 40% y un máximo del 70% del servicio de la deuda del proyecto”28.

La Nación ha reservado recursos provenientes de presupuestos futuros (2016-2032) El Distrito Nacional provee recursos de sobretasa a la gasolina (2017-2032), además el Consejo aprobó un cupo de endeudamiento.

2.2.2.3 Clasificación de suelos en Bogotá. Figura 22. Estratificación de los Suelos en Bogotá.

Fuente. SECRETARIA DISTRITAL DE PLANEACION. Estratificación de suelos en

Bogotá en línea. Bogotá: La Secretaria citado 10 septiembre, 2014. Disponible en Internet: <URL: http://www.sdp.gov.co/portal/page/portal/PortalSDP/Ordena mientoTerritorial/upzenprocesoderevision/QueEs> La ciudad de Bogotá se encuentra en una meseta de la Cordillera oriental de los andes, está ubicada a 2.600 m.s.n.m (metros sobre el nivel del mar). La sabana de Bogotá esta geológicamente formada por una variedad de suelos con características propias de deformaciones y fallas sufridas durante el tiempo. También presenta gran actividad sísmica debido a que se encuentra sobre la Zona

28 COLOMBIA. CONGRESO DE LA REPÚBLICA. Ley 310. (6, agosto 1996). Por el Por medio del cual se

modifica la Ley 86 de 1989 [en línea]. Bogotá. Metro de Medellín citado 20 septiembre, 2014. Disponible en Internet: <URL: https://www.metrodemedellin.gov.co/images/pdf/normatividad/ley310de1996.pdf>

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de Subducción del pacifico (cinturón de Fuego), la Falla el Romeral y el sistema de fallas Frontal de la Cordillera Oriental. La mayoría de asentamiento que hemos visto en Bogotá, son el gran parte causados por movimientos sísmicos. De acuerdo al estudio de Microzonificación Sísmica de Bogotá (MZSB) realizado por la Universidad de los Andes e INGEOMINAS se dio a conocer la tipología de suelo presentes en Bogotá, clasificándola en cinco zonas. Zona 1- cerros. Se caracteriza por la presencia de rocas sedimentarias, areniscas y arcillolitas, localizadas en los sectores orientales, y sur-orientales de Bogotá. Además presenta baja permeabilidad, debido a que estas rocas tienen diferentes grados de meteorización en algunas zonas la permeabilidad es alta. También se caracteriza porque en algunas zonas hay inestabilidad por factores como fuentes de agua locales y exploración de canteras. En esta zona encontramos varias formaciones y fallas tales como:

Formación Plaeners Formación arenisca dura: areniscas de color gris claro a blanco, grano muy fino a fino. Formación Chipaque Formación Labor-Tierna: areniscas de color gris claro, grano fino a grueso. Formación Guaduas. Para esta zona se deben realizar estudios particulares de estabilidad para la construcción de obras. Zona 2-piedemonte: Esta zona se encuentra en la zona entre los cerros y la zona plana de la ciudad. Se caracteriza por la presencia de material coluvial, es decir, material producto del fracturamiento de las rocas y degradación de las ladera, de composición heterogénea. Su permeabilidad es alta debido a la gran presencia de grava y arenas. Es una zona importante debido al aporte de agua presente.

Zona 3-Lacustre A: (depósitos fluvio-lacustres, terraza alta). Depósitos de arcillas blandas de origen lacustre de la formación Sabana con una profundidad de 60 metros, su permeabilidad de las arcillas es baja, aunque aumenta su valor por intercalaciones de suelos orgánicos o arena limosas ocasionalmente delgadas capas de ceniza volcánica y turbas.

Zona 4-Lacustre b: (depósitos fluvio-lacustres, terraza baja). Presenta las mismas características de la zona tres con una diferencia que su consistencia de

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las arcillas y arena es más blanda. Y su profundidad es mayor a los 60 metros, es decir, 200 metros hasta 400 metros

Zona 5-Terraza y Conos. Suelos arcillosos secos de gran espesor, combinaciones de arenas o limos. Mayor capacidad portante que en las zonas 3 y 4. Depósitos de flujos torrenciales del piedemonte oriental y Conos del rio Tunjuelito y de Terreros. Esta zona se presenta en el sur de la ciudad.

Zona 5A-Terraza y Conos potencialmente licuables. Se caracteriza por presentar arenas más limpias, finas y superficiales. Su nivel freático es alto por lo que hay una lata susceptibilidad de licuefacción. En esta zona se debe evaluar el grado de licuefacción para la construcción de obras

Para la zona 5 se caracteriza por depósitos de origen aluvial que se formaron por la presencia de arenas arcillosas, limosas o arcillas limosas. Su permeabilidad es alta.

Rellenos-basuras. Desechos sólidos que produce la ciudad.

Rellenos-escombros. Materiales producto de excavación para urbanizaciones.

Ronda de Rio. Depósitos aluviales más jóvenes de los ríos Bogotá, Tunjuelito y afluentes, formados por arcillas y limos.

Con base a lo anterior para la etapa de Estudios y diseño (ingeniería básica avanzada), en el cual se realizó 600 perforaciones cada 50 metros entre sondeo y ensayo piezocono hasta 50 metros de profundidad. En cuanto a los estudios de geotecnia, para el diseño del túnel del metro de Bogotá, se realizaron los siguientes procesos para dar a conocer

Apique manual. Sobre una calzada, debidamente señalizada, se realiza un apique o perforación manual para confirmar la inexistencia de redes que pudieran ser afectadas. Sondeos. Sobre el apique se ubica una máquina de sondeos, la cual se utiliza para extraes muestras del terreno por medio de brocas huecas verticales. Muestreo. Las brocas que se utilizan penetran en el terreno por rotación o por golpeo. Estas brocas pueden medir de 10 a 15 cms. de diámetro y perforan el suelo hasta alcanzar una profundidad de 50 metros para la obtención de muestras del subsuelo. Cajas de sondeo. Cuando las muestra se encuentran en superficie se cortan en secciones que se envuelven en parafina para mantenerlas protegidas de la luz y en las mismas condiciones donde fueron extraídas. Estas se guardan en cajas donde

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se apilan en orden con especificaciones concretas ´para ser llevadas a una bodega donde serán analizadas. Finalización del sondeo. Después de finalizar la perforación se instala un tubo vertical hasta el final del sondeo, se repone el terreno excavado y se nivela. Después se fija una tapa metálica nivelada con la superficie existente. Medición de niveles freáticos. Periódicamente se abre la tapa metálica y se mide el nivel freático29.

Durante el estudio de exploración en los diferentes tramos se encontraron variedad de suelo por ejemplo:

En el tramo calle 63 a la calle 127 se evidencio material de antiguo deslizamientos, más rocoso y material lacustre con un alto nivel freático. En el tramos que vas desde la calle 13 a la calle 63 el material observado es un material piedemonte coluvial, material de origen rocoso y arenisca con menor humedad proveniente de antiguos deslizamiento de los cerros orientales. En el tramo suroccidente se evidencio un material de origen aluvial con un alto nivel freático (véase la Figura 23).

29 PERIODICO OFICIAL DE LA ALCALDIA MAYOR DE BOGOTA. El metro ya viene en línea. Bogotá:

Slideshare citado 20 septiembre, 2014. Disponible en Internet: <URL: http://es.slideshare.net/ bogotahumana/humanidad-baja-1>

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Figura 23. Material Encontrado y características de las Estaciones

Fuente. METRO DE BOGOTA. Conozca los estudios para el metro de Bogotá en

línea. Bogotá: Alcaldía Mayor de Bogotá citado 10 septiembre, 2014. Disponible en Internet: <URL: http://www.metroenbogota.com/movilidad-bogota/metro-de-bogota/conozca-los-estudios-oficiales-para-el-metro-de-bogota> 2.2.2.4 Secciones Funcionales de la PLMB.

Túneles. Debido al tipo de suelo que se presenta en la ciudad de Bogotá (como se mostró anteriormente, el suelo de Bogotá, es un suelo con baja capacidad para recibir cargas y sensible a los cambios que se puede presentar en el terreno), los métodos constructivos se centran en dos posibilidades, el primero es la sección circular para un método convencional con tuneladora (este método aplica para los suelos con una mejor capacidad para este tipo de proyectos), el segundo es una sección rectangular el cual se basa en el uso de pantallas (véase las Figuras 24 y 25).

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Figura 24. Sección Construida con Tuneladora. Diámetro Interior de 10m

Fuente. METRO DE BOGOTA. Conozca los estudios para el metro de Bogotá en

línea. Bogotá: Alcaldía Mayor de Bogotá citado 10 septiembre, 2014. Disponible en Internet: <URL: http://www.metroenbogota.com/movilidad-bogota/metro-de-bogota/conozca-los-estudios-oficiales-para-el-metro-de-bogota>.

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Figura 25. Sección Construida con Pantalla Continúa

Fuente. METRO DE BOGOTA. Conozca los estudios para el metro de Bogotá en

línea. Bogotá: Alcaldía Mayor de Bogotá citado 10 septiembre, 2014. Disponible en Internet: <URL: http://www.metroenbogota.com/movilidad-bogota/metro-de-bogota/conozca-los-estudios-oficiales-para-el-metro-de-bogota>.

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Estaciones: el diseño de las estaciones de la PLMB, depende principalmente del ancho de la calle en la que se encuentra para que no se afecte alguna estructura de la superficie. Existen tres tipos de estaciones a los largo del trazado de la PLMB.

El primer tipo de estación es aquella se encuentra por debajo de las calles con una anchura mayor a 36m; El segundo tipo de estación son aquellas que se encuentran por debajo de las calles con una anchura mayor a 30m. Para los dos tramos anteriores existe una subdivisión que depende del método constructivo del túnel con el que llega a la estación ya que si al llegar a la estación se ha usado tuneladora la estación será más profunda a comparación de la profundidad de la estación cuando se usa el método de las pantallas continuas; Por último se encuentra el tercer tipo de estación para calles con un ancho mayor a 26m, este es el caso específico para las estaciones que se encuentran en el tramo III, entre Gran Colombia y Lourdes, debido a la geometría y a las condiciones del suelo de este tramo, se usara este tipo de estación a una profundidad establecida para las pantallas continuas. Figura 26. Plano de la Distribución de los Diferentes Tipos de Estaciones

Fuente. METRO DE BOGOTA. Conozca los estudios para el metro de Bogotá en

línea. Bogotá: Alcaldía Mayor de Bogotá citado 10 septiembre, 2014. Disponible en Internet: <URL: http://www.metroenbogota.com/movilidad-bogota/metro-de-bogota/conozca-los-estudios-oficiales-para-el-metro-de-bogota>.

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2.2.3 Fase III (Estación San Victorino-Estación Plaza de Lourdes) 2.2.3.1 Geotecnia. El tramo III y el primer tercio del tramo IV se desarrollan depósitos coluviales formados por lentejones de arenas, arcillas, gravas y bolos; y todo ello sobre el substrato terciario de la formación Bogotá (argilitas y locales intercalaciones de areniscas). El espesor de estos materiales en la zona estudiada del tramo III (entre la calle 32 y la estación de Lourdes) es variable, desde un mínimo de 22 m hasta más de 50 m, a partir de la estación de Lourdes hasta la Calle 85 el substrato se encuentra a una profundidad superior a los 50 m. El substrato rocoso detectado en la zona de estudio, de tipo terciario, está constituido por la Formación Bogotá(*), que afloran en la parte baja e intermedia de los Cerros Orientales. Estos materiales han sido detectados en la parte del tramo III, es decir, entre la calle 30 y la Plaza de Lourdes, a profundidades variables entre 22 y 45 m, también existen lentejones de materia orgánica aislados, en los niveles del coluvial, de espesores de 2 a 5 m, tanto en superficie como en profundidad. Para tener mayor detalle sobre la estratificación del suelo en el tramo III, a continuación se muestra el perfil geotécnico característico de este tramo (véase la Figura 27): Figura 27. Perfil Geotécnico, Tramo III y Primer Tercio del Tramo IV.

Fuente. SENER. Diseño conceptual de la red de transporte masivo metro y diseño operacional, dimensionamiento legal y financiero de la Primera Línea del metro en marco del sistema integrado de transporte público-SIPT- para la ciudad. Producto N° 28 (Documento de parámetros de diseño funcional de la infraestructura) [en línea]. Bogotá: Alcaldía Mayor de Bogotá [citado 6 agosto, 2014]. Disponible en Internet: <URL: http://metrodebogota.gov.co/y-quien-dijo-que-debe-ser-asi/>

(*)Constituida por una sucesión monótona de lodolitas limolitas y arcillolitas abigarradas (de colores grises, rojos, violáceos y morados), separados por bancos de areniscas arcillosas blandas (de coloración verdosa).

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2.2.3.2 Nivel Freático. El nivel freático a lo largo de la PLMB varía de acuerdo al tipo de suelo del tramo establecido. En el tramo I y II, el cual se encuentra a cercanías del rio Bogotá, el nivel freático se encuentra a una profundidad entre 2 y 5m, a medida de que el tramo se va alejando el nivel freático va disminuyendo llegando a profundidades entre 5 a 10m. El nivel freático en el tramo III (Zona de estudio) está restringido por la permeabilidad de los materiales y varía entre 5 y 15 m de profundidad. El tramo IV tiene un nivel freático variable pasando de una profundidad desde los 6-7m

2.2.3.3 Geotecnia de los Depósitos Aluviales. De acuerdo al contenido de finos que tiene el suelo, la formación se puede dividir en dos grupos. En primer lugar se tienen los compuestos de arena arcillosa y en segundo lugar están los suelos que se componen de arcilla limosa, con intercalaciones granulares. Sin embargo, no se puede establecer un perfil estratigráfico preciso en algún punto de los tramos, ya que estas formaciones se van intercalando de forma muy variable. A pesar de esto, se ha comprobado que a medida que aumenta la profundidad las formaciones aluviales aumentan su resistencia.

Los depósitos aluviales areno arcillosos son comunes en los tramos I y II, siendo la mayor presencia en el tramo II, debido al tipo de material que se encuentra se destaca un comportamiento mixto entre granular y cohesivo y la humedad media de las muestras analizadas es del orden del 20%.

Los depósitos aluviales arcillosos, al igual que el depósito anterior se encuentran a lo largo de los tramos I y II, intercalando con los depósitos aluviales de naturaleza granular, su presencia va disminuyendo de importancia conforme avanza el tramo I. Se presentan como unas arcillas de consistencia entre blanda y firme, de color café, con numerosas intercalaciones granulares de espesores centimétricos. Se encuentra intercalado con los depósitos aluviales arenosos y areno-arcillosos, generalmente entre 15 y 30 m de profundidad 2.2.3.4 Secciones Geotécnicas Tipo. Según la información recopilada con respecto a la estratificación del suelo para los estudios correspondientes al diseño de la PLMB, se establecieron las siguientes secciones geotécnicas para cada uno de los tramos. Tramo I y II. Los materiales que hacen parte de este tramo se han representado de la siguiente manera.

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Figura 28. Estratificación con Especificaciones del Tramo I y II

Fuente. SENER. Diseño conceptual de la red de transporte masivo metro y diseño operacional, dimensionamiento legal y financiero de la Primera Línea del metro en marco del sistema integrado de transporte público-SIPT- para la ciudad. Producto N° 28 (Documento de parámetros de diseño funcional de la infraestructura) [en línea]. Bogotá: Alcaldía Mayor de Bogotá [citado 6 agosto, 2014]. Disponible en Internet: <URL: http://metrodebogota.gov.co/y-quien-dijo-que-debe-ser-asi/>

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Se observa en las secciones tipo que el terreno está compuesto por alternancia de niveles arcillosos y arenosos, cuya consistencia y/o compacidad va aumentando en profundidad. Estos niveles van intercalándose a lo largo del perfil, apareciendo a veces lentejones o niveles granulares dentro de niveles cohesivos, y con un grado de variación o heterogeneidad muy grande. También pueden observarse niveles de materia orgánica, de hasta 2 m de espesor, que tampoco aparecen a una profundidad fija. Tramo III y primer tercio del tramo IV. El tipo de material presente en este tramo se representa de la siguiente manera. Figura 29. Tipo de Material Tramo III y primer tercio del tramo IV

Fuente. SENER. Diseño conceptual de la red de transporte masivo metro y diseño operacional, dimensionamiento legal y financiero de la Primera Línea del metro en marco del sistema integrado de transporte público-SIPT- para la ciudad. Producto N° 28 (Documento de parámetros de diseño funcional de la infraestructura) [en línea]. Bogotá: Alcaldía Mayor de Bogotá [citado 6 agosto, 2014]. Disponible en Internet: <URL: http://metrodebogota.gov.co/y-quien-dijo-que-debe-ser-asi/> Se han considerado dos secciones representativas de este nivel. Estas secciones se diferencian en la profundidad a la que ha sido detectado el sustrato rocoso. En la primera de ellas aparece a 20 m aproximadamente, y en la segunda a más de 50 m. Esta diferencia de profundidad es fundamental para el diseño del túnel.

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Figura 30. Estratificación con Especificaciones del Tramo III y Primer Tercio del Tramo IV

Fuente. SENER. Diseño conceptual de la red de transporte masivo metro y diseño operacional, dimensionamiento legal y financiero de la Primera Línea del metro en marco del sistema integrado de transporte público-SIPT- para la ciudad. Producto N° 28 (Documento de parámetros de diseño funcional de la infraestructura) [en línea]. Bogotá: Alcaldía Mayor de Bogotá [citado 6 agosto, 2014]. Disponible en Internet: <URL: http://metrodebogota.gov.co/y-quien-dijo-que-debe-ser-asi/> Final del tramo IV. Los materiales detectados a partir de la calle 85 se resumen a continuación (véase la Figura 31).

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Figura 31. Materiales Final del tramo IV

Fuente. SENER. Diseño conceptual de la red de transporte masivo metro y diseño operacional, dimensionamiento legal y financiero de la Primera Línea del metro en marco del sistema integrado de transporte público-SIPT- para la ciudad. Producto N° 28 (Documento de parámetros de diseño funcional de la infraestructura) [en línea]. Bogotá: Alcaldía Mayor de Bogotá [citado 6 agosto, 2014]. Disponible en Internet: <URL: http://metrodebogota.gov.co/y-quien-dijo-que-debe-ser-asi/> Los suelos coluviales en este tramo se encuentran recubiertos por un espesor variable de arcillas blandas pertenecientes a la Formación Sabana. Se han diferenciado dos perfiles tipo, en función del espesor de arcillas blandas detectadas. En la primera sección este espesor supera los 50 m, y en la segunda, el contacto con los suelos coluviales se produce a profundidades del orden de 20 m. Se trata de los dos casos extremos entre los que discurre la traza (véase la Figura 32).

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Figura 31. Estratificación con Especificaciones a Finales del Tramo IV

Fuente. SENER. Diseño conceptual de la red de transporte masivo metro y diseño operacional, dimensionamiento legal y financiero de la Primera Línea del metro en marco del sistema integrado de transporte público-SIPT- para la ciudad. Producto N° 28 (Documento de parámetros de diseño funcional de la infraestructura) [en línea]. Bogotá: Alcaldía Mayor de Bogotá [citado 6 agosto, 2014]. Disponible en Internet: <URL: http://metrodebogota.gov.co/y-quien-dijo-que-debe-ser-asi/>. Se aprecian, señalados en rojo, los niveles de materia orgánica que han sido detectados en esta zona. Es especialmente significativo el nivel existente ente18 y 20 m de profundidad, de entre 1 y 2 m de potencia, detectado a lo largo de todo el tramo. Este nivel se sitúa justo en el plano de cimentación del túnel, y puede condicionar la elección de un sistema constructivo u otro.

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2.2.3.5 Subsidencia Regional. Para analizar la subsidencia regional presentes en los tramos definidos para la construcción de la PLMB, el consorcio L1 (euroestudios, idom, CANO JIMENEZ ESTUDIOS S.A), realizo estudios de zonificación en los diferentes tramos estos para determinar diferentes parámetros como tipos de material, espesor total de depósitos contenido de humedad, condición de pre-consolidación y tasas registradas de asentamientos regionales. Para llegar a conclusiones efectivas de asentamientos regionales se debe tener en cuenta dos puntos importantes: lo que suceda por debajo del nivel del túnel, debido a los movimientos que se presente junto con los terrenos aledaños, hay que considerar que las cimentaciones de las estaciones porque pueden restringir estos movimientos. El segundo punto a tener en cuenta son los movimientos entre nivel del túnel y la superficie de este, ya que puede afectar a las estaciones generándole asentamiento diferenciales y fricción negativa lo que produce que haya deformaciones relativa y esfuerzos entre el túnel y la estación. Cabe aclara que el comportamiento que se presente en las diferentes estaciones depende de la forma, dimensionamiento, cimentaciones, procesos de construcción, peso de la misma entre otras. En perforaciones realizadas en el tramo III se encontró suelos finos de origen aluvial de depósitos de ladera. Con características de baja compresibilidad con espesores de 24 y 50 m. Al revisar el nivel de agua en el terreno se determinó que se encuentran controlados debido a la recarga que se presenta en los cerros orientales a pesar de la presencia de acuíferos libres y confinados, en algunos casos, se presenta niveles freáticos complejos en mismos depósitos o en estratos rocosos. Este mismo estudio mostró que el asentamiento relativo por encima del nivel del túnel a una profundidad de 20 m puede ser de 10 a 12 m en superficie (véase la Figura 32), lo que indica que para una análisis geotécnico se debe tener en cuenta que en las pantallas de las estaciones o del túnel se producirá efectos de fricción negativa y sobrecarga en la clave. También se llevó a al cabo la tasa de asentamiento regional y se obtuvo valores de 0.3 y 0.5 cm/año.

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Figura 32. Grado de Asentamiento en el Tramo III.

Fuente. SENER. Diseño conceptual de la red de transporte masivo metro y diseño operacional, dimensionamiento legal y financiero de la Primera Línea del metro en marco del sistema integrado de transporte público-SIPT- para la ciudad. Producto N° 28 (Documento de parámetros de diseño funcional de la infraestructura) [en línea]. Bogotá: Alcaldía Mayor de Bogotá [citado 6 agosto, 2014]. Disponible en Internet: <URL: http://metrodebogota.gov.co/y-quien-dijo-que-debe-ser-asi/>. Contrariamente de que la afectación por asentamiento regional no es mayor a lo esperado debido a las características del suelo pero es posible que se presente en los algunos sótanos de edificios grandes asentamiento en la ejecución de excavaciones para el metro. Otro factor que puede influir es que el túnel tenga deformaciones relativas mayores que la estación, cuando esto sucede es porque los pilotes o pantallas de la estación los suficientemente largas llegando a estratos competentes que no pueden asentarse de manera correcta. Cuando esto se presente es necesario analizarlo aparte. 2.2.3.6 Obras Subterráneas y las Implicaciones sobre el Agua Subterránea. Cuando se realiza una construcción subterránea como la PLMB los acuíferos y los niveles impermeables tienden a sufrir diferente procesos: Que haya una barrera lo que impida la circulación del agua por lo niveles permeable produciendo el aumento de niveles freáticos en aguas arriba del flujo y disminuya en aguas abajo. Que dé lugar a subsidencia en los edificios aledaños debido grandes cambios que se produce en el nivel freático en el cual puede arrastra el terreno aledaño hacia la excavación.

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Que se presente rotura de fondo, es decir, cuando se presente una las presiones del agua en un acuífero confinado sean mayores que el peso del terreno y a la resistencia a corte. En los estudios realizados es más probable que se presente un “efecto barrera” en el tramos III como en el tramos IV, ya que se el trazado de la PLMB se encuentra paralelo a los cerros orientales, debido a la recarga a depósitos superficiales ya acuíferos confinados se puede presentar de presiones artesianas, es decir, el agua subterránea que por estar bajo condiciones de confinamiento al ser captada por un pozo, su nivel de agua se levanta por encima de la superficie del terreno30. Otro aspecto que inquieta es el alto riesgo de subsidencia en este tramo, las innumerables excavaciones hechas para la construcción de grandes edificios ha traído consigo problemas de manejo hidrogeológico llevando a si a la afectación del entorno. 2.2.3.7 Como se Llevara A Cabo La Construcción Del Tramo III. Para determinar sistemas constructivos adecuados para cada tramo se debe tener en cuenta ciertos aspectos: Sitios provisionales para la tuneladora y dovelas. Geotecnia. Geometría del trazado. Uno de los factores que también determinan un adecuado método constructivo, son los condicionantes geológico y geotécnico. Sitios provisionales para la tuneladora y dovelas. Hay que condicionar sitios adecuadas y de gran envergadura para la tuneladora al inicio de cada tramo para situar un pozo de ataque, el parque de dovelas, instalaciones, talleres, puentes, grúas y evacuación de material. En general, los sitios dispuestos para este propósito han sido tres: El Tintal (Tramo I). Parque del Tercer Milenio (Tramo II). En la calle 127 (Tramo IV). La extracción de la tuneladora se realizaría en dos lugares en la estación de la Avenida 68, y en la estación de Lourdes (véase la Figura 33.)

30 ÁLAMADO T. JORGE A. Factores que influyen en la presión artesiana [en línea]. Bogotá: Monografías.com [citado 24 octubre, 2014]. Disponible en Internet: <URL: http://www.monografias.com/trabajos69/factores-influyen-presion-artesiana/factores-influyen-presion-artesiana.shtml>.

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Para el tramo III el inicio de túnel será en el Parque del Tercer Milenio y extracción de la tuneladora se presentará en la estación de Lourdes. Figura 33. Trazado de la PLMB. y sitios provisionales de tuneladora.

Fuente. METRO DE BOGOTA. Conozca los estudios para el metro de Bogotá en

línea. Bogotá: Alcaldía Mayor de Bogotá citado 10 septiembre, 2014. Disponible en Internet: <URL: http://www.metroenbogota.com/movilidad-bogota/metro-de-bogota/conozca-los-estudios-oficiales-para-el-metro-de-bogota>. Geometría de trazado. Para garantizar una construcción adecuada, eficaz, eficiente y competitiva con tuneladora, es necesario que existan longitudes grandes. Para el tramo III debido a que no hay longitudes a diferencia de las demás estaciones no es tan largas entre estaciones por esto es necesario el uso de pantallas en las estaciones Gran Colombia y Marly (véase la Figura 34), para ello deben contar con tramos adicionales de pantallas para permitir la separación de vías, en cuanto tuneladora será arrastrada a 1000 m de longitud. El segmento que hay entre la estaciones La Rebeca y Parque Nacional se presenta cierto inconvenientes; uno es que el trazado del metro pasa por debajo de los estribos y del apoyo central del puente de la calle 26, y dos en la estación subterránea de Transmilenio (Museo Nacional) se encuentra pantallas continuas de concreto con

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una solera ramada en la base (color naranja). Para evitar que se perjudiquen estos elementos se realizarán dos métodos constructivos: túnel en mina o con tuneladora. Figura 34. Trazado, Tipología y Separación de Estaciones.

Fuente. METRO DE BOGOTA. Conozca los estudios para el metro de Bogotá en

línea. Bogotá: Alcaldía Mayor de Bogotá citado 10 septiembre, 2014. Disponible en Internet: <URL: http://www.metroenbogota.com/movilidad-bogota/metro-de-bogota/conozca-los-estudios-oficiales-para-el-metro-de-bogota>.

Otros puntos a analizar son los siguientes condicionantes ya que determinaran las características geológica- geotécnicas de los materiales en situ.

Condicionante Geotécnico-Geológico. Aquí se establecerá materiales en el frente de excavación, hidrología, subsidencia regional, licuefacción, diseño y funcionalidad de estaciones, afectación de edificios y servicios urbanos, impacto socioeconómico y valoración económica. Como se había mencionado anteriormente en el tramos III no había el suficiente espacio para la tuneladora y lo más recomendable para el desarrollo del túnel de esté tramo es que se realice por medio de pantallas. Ya que evidencio, y como ya se había mencionado anteriormente, hay presencia de depósitos coluviales formados por lentejones de arenas, arcillas, gravas y bolos gruesos de 0.20 a 0.50 m de diámetro aproximadamente. En los cuales se encuentran sobre substratos terciarios de la formación Bogotá, es decir, sobre argillitas y locales intercaladas de arenisca y el nivel freático en las primeras partes está a profundidades aproximadas de 15 m y al final a profundidades de 6m. Al realizar los sondeos se presenció, sustrato rocoso a profundidades de 22 y 45 m, por lo cual si se realiza con tuneladora, es probable que la parte posterior se encuentre con material tipo suelo coluvial y tipo roca o con bolos, por lo que se detendría la construcción y hacer intervenciones hiperbáricas produciendo un aumento en el coste y lo más probable que se produzca movimiento de tierra. Tasa de Asentamiento en el Tramo III. En informe realizado sobre la subsidencia regional presente en Bogotá hecho por el profesor Jorge Alberto Rodríguez y la firma JEoprobe SAS. (Análisis Del Problema De Los Asentamientos Regionales De La Sabana De Bogotá Con Relación A La Primera Línea Del Metro De Bogotá), mostró que en los últimos años las tasa de asentamiento han sido de 1 cm/año en zonas donde hay suelos aluviales y de ladera, predominando suelo

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granulares de 2-3 cm/año en zonas de depósitos arcillosos lacustres profundos (suelos blandos profundos) y de rango de 7 cm/año en zonas de suelos aluviales o abanicos aluviales especialmente donde hay explotación de aguas subterráneas. Cabe aclarar que si bien estas subsidencias ya se encuentran presente antes de la realización del proyecto del metro, puede provocar cambios de nivel en el túnel, asentamientos y efectos de fricción negativa en estaciones y asentamientos diferenciales entre estaciones y el terreno alrededor de la construcción del túnel. Según el estudio de Análisis Del Problema De Los Asentamientos Regionales De La Sabana De Bogotá Con Relación A La Primera Línea Del Metro De Bogotá, realizado por el profesor Jorge Alberto Rodríguez y la firma JEoprobe SAS, las tasa de asentamiento regionales registradas en el tramos III son del orden de 0.3- 0.5 cm/año aunque no son homogéneas. Una de las cosas que preocupa en este sector es el manejo hidrogeológico que ha llegado afectar a la estructuras a aledañas por parte de edificaciones que se están realizando y han tenido que excavar.

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3. METODOLOGIA 3.1 FASE I (REGISTRO FOTOGRÁFICO) En esta sección del proyecto se busca dar a conocer las edificaciones que se encuentran en la superficie de la ciudad y que se podrían ver afectadas por la construcción de la primera línea del metro de Bogotá PLMB. El objetivo de hacer el reconocimiento de estos edificios es establecer de manera teórica la manera en la que se podrían ver afectadas estas estructuras y a su vez establecer maneras para evitar la subsidencia para estos proyectos, esto se va a llevar a cabo en uno de los edificios, el cual ha sido seleccionado debido a su sistema constructivo y su historia. El recorrido inicia en la Carrera 10 con Calle 12, cerca de la estación San Victorino y finaliza en la plaza de la iglesia de Lourdes Carrera 13 con Calle 63. A continuación de muestra el registro fotográfico del tramo III de la PLMB (véase las Figuras 35 y 36). Figura 35. Carrera 10 con Calle 12 - Iglesia San Juan de Dios

Fuente. Los Autores.

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Figura 36. Carrera 10 Con Calle 14 - Sede Judicial Hernando Morales Molina

Fuente. Los Autores. Figura 37. Carrera 10 con Calle 16 - Seguros Bolívar

Fuente. Los Autores.

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Figura 38. Carrera 10 con Calle 17 - Contraloría General de la Nación

Fuente. Los Autores Figura 39. Carrera 10 con Calle 26 - Hotel Tequendama

Fuente. Los Autores.

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Figura 40. Carrera 13 con Calle 32

Fuente. Los Autores Figura 41. Carrera13 con Calle 37 – Ecopetrol

Fuente. Los Autores.

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Figura 42. Carrera 13 con Calle 38 - Edificio Tipyel.

Fuente. Los Autores. Figura 43. Carrera 13 con Calle 40 - Edificio UGI

Fuente. Los Autores.

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Figura 44. Carrera 13 con Calle 42 – Compensar

Fuente. Los Autores. Figura 45. Carrera13 con Calle 46 - Universidad Piloto

Fuente. Los Autores.

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Figura 46. Carrera 13 con Calle 47- Universidad Católica Sede 4

Fuente. Los Autores. Figura 47. Carrera 13 con Calle 51 - Iglesia de Chiquinquira y Universidad Santo Tomas

Fuente. Los Autores.

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Figura 48. Carrera 13 con Calle 63 - Iglesia de Lourdes

Fuente. Los Autores. 3.2 FASE II (RECOPILACIÓN DE INFORMACIÓN) En la etapa de factibilidad del proyecto de la PLMB es necesario identificar las zonas que se van a ver afectadas ya sea por la compra de predios o por el posible asentamiento que se pueda presentar durante y después de la ejecución de la obra, para de esta manera poder garantizar la integridad del sistema. El presente trabajo de grado se enfoca específicamente en aquellos predios que se puedan ver afectados en la sección del tramo III de la PLMB, en la fase anterior (Fase I, registro fotográfico), se dan a conocer aquellas estructuras que por su ubicación podrían presentar asentamientos, debido al ancho de la vía, el cual es desfavorable para las cimentaciones de los edificios. Entre estos encontramos 14 edificaciones entre universidades, oficinas del gobierno y privadas, salud como es el caso del edifico de compensar ubicado sobre la carrera 13 e iglesias. El criterio para escoger estas edificaciones se basó en la altura del proyecto, su cercanía a la vía que se va a intervenir y su importancia a nivel histórico.

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A partir del inventario realizado se escoge un edificio en colaboración a la asesoría del Ingeniero Javier Valencia. Al cual se le hace un análisis teórico, relacionando la profundidad del proyecto de la PLMB y la profundidad de las cimentaciones.

El edificio UGI se destacó ante los demás proyectos de infraestructura para analizar la posible subsidencia a causa del proyecto de la PLMB, debido a su sistema constructivo ya que para la época en que se construyó (1973-1974) la idea convencional de construcción era disponer de un edificio y columnas para continuar al siguiente nivel. Sin embargo, el ingeniero González Zuleta propuso la construcción del edificio de “arriba hacia abajo” en donde se colgarían los pisos desde arriba por medio de cables que estarían sujetos a una especie de “espina dorsal” en el centro, para los ascensores, baños y escaleras31.

A continuación, se muestra el esquema constructivo del edificio UGI: Figura 49. Esquema General Edificio UGI. Bogotá (Carrea 13 con Calle 40).

Fuente. BOTERO, Lorenzo; CASTIBLANCO, Sebastian; CANO, José y

VALDERRAMA, Julián. Edificio UGI en línea. Bogotá: Slideshare citado 10

octubre, 2014. Disponible en Internet: <URL: http://es.slideshare.net/carodrigue z21/ugi-27501076>. El sistema constructivo de este edificio se basa principalmente en un núcleo central en concreto reforzado y una viga cajón metálica en el último piso de los cuales desprenden los tensores por la fachada cada 2.80m y de esta manera las placas de entrepiso están ancladas a los tensores de la fachada y al núcleo estructural. Del

31 RUGGIERO, Vanessa. UGI, un edificio que se construyó al revés, de arriba para abajo en línea. Bogotá: El

Tiempo citado 10 octubre, 2014. Disponible en Internet: <URL: <http://www.eltiempo.com/archivo/documento /CMS-5855970>.

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núcleo central se desprende unas vigas postensadas formando anillos que aumentan la resistencia de la estructura (véase la Figura 50). Figura 50. Edificio UGI. Núcleo Central y Pilotaje

Fuente. BOTERO, Lorenzo; CASTIBLANCO, Sebastian; CANO, José y

VALDERRAMA, Julián. Edificio UGI en línea. Bogotá: Slideshare citado 10

octubre, 2014. Disponible en Internet: <URL: http://es.slideshare.net/carodrigue z21/ugi-27501076>

Con lo que respecta al proceso constructivo de la cimentación (el enfoque principal de este proyecto). El tipo estructural del proyecto que se usó exigió un orden riguroso en lo que respecta a las etapas iniciales del proyecto: cimentación, núcleo central estructuras de cubierta y pisos tipo. Para la cimentación se excavó manualmente hasta una profundidad de 28 metros, las cargas totales del edificio se transmiten al terreno sobre un área concentrada que requirió un conjunto sencillo de elementos de cimentación: 12 pilotes principales bajo la cortina estructural para recibir la carga del edificio. Los 12 pilotes principales están amarrados con vigas de concreto capaces de soportar asentamientos diferenciales el sistema de amarre del sistema antisísmico de la cimentación del núcleo se hizo cuando se había alcanzado la fatiga y los asentamientos previstos32.

32 RUGGIERO, Vanessa. UGI, un edificio que se construyó al revés, de arriba para abajo en línea. Bogotá: El

Tiempo citado 10 octubre, 2014. Disponible en Internet: <URL: <http://www.eltiempo.com/archivo/documento /CMS-5855970>.

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3.4 FASE III (PLAN DE AUSCULTAMIENTO) Para tener un mejor control en las edificaciones aledañas en momento de presentar una obra subterránea es necesario tener en cuenta monitoreos permanentes que midan el grado de asentamientos ante, durante y después de las obras subterráneas. Para esto el consultor debe llevar un plan de auscultamiento con el fin de tener un control hidrológico de suelos mediante piezómetros abiertos o cuerdas vibrantes, tener un control de deformaciones y de desplazamiento presentados en el momento de la excavación, para ello se utilizaran mediciones como inclinómetros, extensómetros y si se presentaran movimientos en edificaciones aledañas es necesario la utilización topografía manual o automatizada.

3.4.1 Control de Auscultamiento. 3.4.1.1 Control Hidrológico de Suelos. Es probable que al momento de excavar se provea una modificación n las condiciones hidráulicas alrededor de la obra, para ello se recomienda la utilización del control por medio de piezómetros abiertos o cerrados. Piezómetros abiertos. Se instala un tubo de PVC perforado en la zona de control, se introduce una sonda por la boca del sondeo para así medir el nivel piezométricos con el objetivo de controlar las presiones. Hay que tener en cuenta que la zona que va hacer evaluada debe estar aislada por un tapón de bentonita en pellets. Figura 51. Piezómetro Abierto.

Fuente. CONSTRUCTOR CIVIL. Piezómetro abierto en línea. Bogotá: La

Empresa citado 10 octubre, 2014. Disponible en Internet: <URL: http://civildocs. blogspot.com/2011/05/asentamientos-por-consolidacion-de.html>

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Piezómetro cerrado de cuerda vibrante. Se utiliza en terrenos poco permeables y consiste en la instalación de una cuerda vibrante que es un sistema de lectura en la zona evaluada se registra la presión intersticial y se transmite a una unidad de lectura situada en el exterior del sondeo. Tiene la ventaja de registrar varios puntos dentro del mismo sondeo. 3.4.1.2 Deformaciones y Desplazamientos del Terreno en Superficie (Subsidencia). Es probable que al momento de excavar se tenga movimientos en la superficie lo que puede traer inconvenientes en la obra para ello se utilizan varios herramientas que nos ayudaran medir este tipo de subsidencias. Hitos de nivelación e hitos combinados. Estos sistemas se utilizan para medir asentamientos en superficie y consisten en la instalación de una varilla que se ancla al terreno midiendo las direcciones del movimiento. 3.4.1.3 Deformaciones y Desplazamiento del Terreno en Profundidad. Inclinómetros. Esta herramienta permite medir los desplazamientos transversales y longitudinales del terreno cada metro y medio, tiene la ventaja de medir los movimientos a medida que avanza la excavación. . Extensómetros incrementales. Esta herramienta permite medir deformaciones del terreno longitudinalmente a una perforación por medio de una sonda. Extensómetros de varillas. Es probable que dentro de la excavación subterránea se encuentre con macizo rocoso para ello se utilizará esta herramienta que permite medir los movimientos y determinar el radio de plastificación del terreno. Medida de convergencia. Este sistema permite medir los movimientos del contorno del túnel a lo largo del tiempo en una serie de secciones transversales, para ello se utiliza una cinta extensométrica de invar, en el cual se instala un dispositivo de tensado y un reloj comparador, las medidas se realizan cada día. 3.4.1.4 Control de Movimientos en Edificaciones y Estructuras Próximas. Uno de los inconvenientes que se puedan presentar en una obra son los movimientos que se puedan presentar en las edificaciones aledañas. Para ello se utilizan varios sistemas. Taquímetro. Son clavos de tungsteno en lugares donde se evidencia movimientos para así observar posibles desalineaciones de edificios.

Regletas. Son instaladas en los pilares y en elementos estructurales de los edificios

Fisurómetro y sensores potenciómetros.

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Cyclops. Son estaciones robotizadas que mide en tiempo real y continuo los movimientos de las edificaciones.

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4. ANÁLISIS DE INFORMACIÓN EL inventario detallado de las edificaciones que se encuentran a lo largo del trazado de una obra subterránea, es el primer paso para lograr garantizar la integridad del sistema durante y después de la ejecución del proyecto. Con lo anterior, se puede determinar el tipo de cimentación existente y a que profundidad se encuentra para tomar las medidas necesarias para evitar asentamientos futuros que se puedan presentar a causa de la obra. En el tramo III de la PLMB, la cimentación del edificio UGI (Carrera13 con Calle40) se encuentra a una mayor profundidad (28 m) a comparación de la profundidad a la que se va a encontrar la Primera Línea del Metro de Bogotá, esto nos indica que la construcción del proyecto podría afectar la cimentación del edificio.

Una de las soluciones que se podrían ejecutar para evitar las deformaciones en superficie está en el uso del paraguas de micro pilotes a lo largo del túnel, lo cual consiste en un sistema de estabilización y protección del techo, que le proporciona al terreno un aumento de sus propiedades de resistencia y deformabilidad, está basado en el empleo de armaduras más resistentes y rígidas que el terreno, colocadas mediante perforación longitudinal en el frente del túnel. La estructura soporte, de un sector del túnel, es situada por delante del frente de avance, estabilizando el área tanto transversal como longitudinalmente, durante el avance, hasta que se instale el sostenimiento definitivo; Otra opción son las inyecciones de lechada de compensación (Jet Grouting) para la estabilización del suelo, esta es una técnica de alta presión para desagregación del suelo o de roca poco compacta, mezclándolo y sustituyéndolo por cemento, así se va llenando huecos y discontinuidades. Figura 52. Paraguas de Micro Pilotes.

Fuente. Los Autores

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Figura 53. Instalación de paraguas de micro pilotes.

Fuente. VENZARIO. Symmetrix, sostenimiento seguro en línea. Bogotá: La

Empresa citado 15 octubre, 2014. Disponible en Internet: <URL: https://venzario.wordpress.com/category/construccion/>. Figura 54. Jet Grouting.

Fuente. HAYWARDBAKER. Jet Grouting en línea. Bogotá: La Empresa citado 10

octubre, 2014. Disponible en Internet: <URL: http://www.haywardbaker.com/What WeDo/Techniques/Grouting/JetGrouting/default.aspx>.

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Figura 55. Protección de Túneles y/o Infraestructura de Servicio.

Fuente. Los Autores Los estudios geotécnicos, geológicos e hidrológicos, permiten establecer una clara estratificación del suelo y del nivel freático presente en la ciudad, lo que permite tomar las acciones frente a la protección del túnel y de la superficie. El nivel freático presente en el tramo III alcanza profundidades hasta de 15m, lo que indica la necesidad de impermeabilizar el túnel principalmente por la ubicación de la ciudad ya que se encuentra cerca a las cordilleras y debido a que la línea del metro en Bogotá se va a encontrar a 25 metros, se podría ver afectada por la filtración del agua si esta no se protege. De igual manera, es importante no intervenir con el flujo natural del agua subterránea, para no causar más alteraciones al suelo de las que ya se presentan a causa de las grandes edificaciones ya existentes, las cuales han causado asentamientos entre 2-3 cm/año debido a las concentraciones de arenas, arcillas, gravas y bolos.

Al igual que para la estabilización del suelo el jet grouting es una buena manera para impedir la infiltración del agua hasta el túnel, sin embargos actualmente existen nuevas tecnologías más eficientes a la hora de controlar el paso del agua hacia las obras subterráneas, como lo es el uso de mantas sintéticas en PVC y de membranas proyectadas, el uso de cada una depende básicamente de la superficie húmeda del concreto preexistente.

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Figura 56. Combinación de Sistemas de Impermeabilización

Fuente. SIKA. Impermeabilización flexible de túneles con Membranas en línea.

Bogotá: La Empresa citado 10 octubre, 2014. Disponible en Internet: <URL: file:///C:/Users/UNIK/Downloads/impermeabilizacion_membranas_sikaplan.pdf> Figura 57. Uso de Membranas Proyectadas.

Fuente. SIKA. Impermeabilización flexible de túneles con Membranas en línea.

Bogotá: La Empresa citado 10 octubre, 2014. Disponible en Internet: <URL: file:///C:/Users/UNIK/Downloads/impermeabilizacion_membranas_sikaplan.pdf>

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Figura 58. Uso de mantas sintéticas de PVC.

Fuente. SIKA. Impermeabilización flexible de túneles con Membranas en línea.

Bogotá: La Empresa citado 10 octubre, 2014. Disponible en Internet: <URL: file:///C:/Users/UNIK/Downloads/impermeabilizacion_membranas_sikaplan.pdf>

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5. CONCLUSIONES Hoy en dio hemos visto que las obras son una solución para ayudar a las necesidades, desarrollo y bienestar de una comunidad, lamentablemente en nuestro país el desarrollo ha sido lenta debido a los malos manejos y decisiones equivocadas. Pero eso no ha sido inconveniente para que se desarrollen nuevas proyectos, ejemplo de ello en Colombia se han realizado obras subterráneas de gran magnitud que se han convertido un reto para la ingeniería, trayendo modernidad, desarrollo y transformación.

Hay que tener en cuenta que un proyecto de gran magnitud como es una obra subterránea debe ser un proyecto sustentable, es decir, que traiga beneficios ecológico, sociales y económicos.

Para que haya mayor productividad en la obras se debe contar con información estricta y clara de estudios geológicos y geotécnicos y tener especial cuidado en el manejo de las diferentes decisiones.

Los túneles debido a que cada centímetro los desplazamientos horizontales y verticales aumentan a medida que avanza la construcción, por lo que se deben utilizar métodos y sistemas que se adapten a condiciones del suelo. Para ello se analizan las condiciones geológicas, geotécnicas, hidrológicas, económicas y sociales antes, durante y después de la obra con el fin de encontrar la viabilidad y aplicar los métodos y herramientas necesarios de construcción, control de asentamientos e impermeabilización.

Para llevar a cabo una obra subterránea con todos los estándares de infraestructura se requiere una medición estricta y constante en toda la línea del proyecto, se debe abarca un monitoreo en el túnel y en la infraestructura ubicada en la superficie la cual se puede ver afectada. Un estricto registro de los movimientos presentes a lo largo de la construcción influye en el éxito que va a tener la obra y permite una intervención rápida a la hora de encontrar alguna falencia.

La construcción de la primera línea de metro de Bogotá, las márgenes de incertidumbre es elevada debido a las características del suelo, ya que una obra subterránea es totalmente dinámica por los diferentes materiales que se puedan encontrar en diversas cantidades de agua y con un comportamiento variable, y por las edificaciones presente alrededor del proyecto, para ello se debe contar con un plan de auscultamiento que deben estar estandarizado por normas.

A nivel teórico, un sistema que puede minimizar gastos para controlar los dos problemas que afectan directamente la construcción de la primera línea del metro de Bogotá (subsidencia y filtración de agua) es el método de Jet Grouting, al usarlo trae consigo un grado de mejora del suelo, estabilidad en la superficie, una compactación de los suelos y prolongando la vida útil de la estructura y su seguridad

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estructural y funcional. Sin embargo, se requiere de los estudios necesarios para encontrar la viabilidad de este método.

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