17022

Excavación

E sta compleja obra conlleva la construcción

de 4 falsos túneles, 4 viaductos, un túnel

en mina, una galería peatonal de emergencia,

el soterramiento de un importante tramo de la

A-8 y la excavación de dos desmontes; todo

ello en un entorno urbano densamente pobla-

do y sin reducir en ningún momento la capaci-

dad de tráfico de la A-8.

Excavaciones en minaPara la conexión al tronco de la A-8 remodela-

da, en dirección San Sebastián, ha sido nece-

sario ejecutar un túnel convencional bajo el ba-

rrio de Altamira. Se trata de un túnel en mina

de 344 m de longitud, con dos falsos túneles a

la entrada y salida que le suman 103 m. El tú-

nel tiene un trazado en curva con peraltes de

hasta el 7%, alojando un carril de 4 m de an-

chura, arcenes de 2,5 y 1 m de ancho y dos

aceras de 0,75 m de anchura mínima.

La anchura total de la plataforma es de 9

m. La sección geométrica transversal es de

tipo policéntrica ovalada, con un radio de bó-

veda de 5,13 m y una altura sobre plataforma

de 7,14 m. La Fig. 1 muestra la sección tipo

funcional del túnel.

Como medida de seguridad durante la explo-

tación de la infraestructura, se previó la ejecución

de una galería peatonal. Con una longitud de

102 m, conecta la mitad del túnel con la superfi-

cie, ofreciendo una ruta de escape segura para

los peatones en caso de emergencia. Factores

geotécnicos y de afección a edificios condiciona-

ron el trazado de esta galería, adoptándose una

pendiente del 12 %. La sección geométrica

transversal es de tipo bóveda circular con hastia-

les rectos, adoptándose una anchura de excava-

ción de 4,1 m por motivos de ejecución.

El Proyecto Constructivo preveía la ejecución

del túnel en mina en sección de avance y des-

troza partida y excavación con rozadora y/o me-

dios mecánicos. Estaba prevista la ejecución de

dos tipos de sostenimientos, en función de la

calidad del macizo rocoso, basados en la utiliza-

ción de cerchas metálicas, hormigón proyecta-

do y bulones. En la tabla de la Fig. 2 se resu-

men las características de los sostenimientos.

Adicionalmente estaba prevista la ejecución

de una serie de tratamientos especiales con el

fin de hacer frente a situaciones que eventual-

mente podrían aparecer, pero que por su natu-

raleza frecuentemente aleatoria, no se puede

concretar con precisión el lugar o cuantía don-

de se deberá aplicar:

• Tratamientos de estabilización del frente.

• Tratamientos de estabilidad de la bóveda.

• Tratamientos frente a infiltraciones de agua.

• Tratamientos de terrenos cársticos.

• Inyecciones.

• Tratamientos para limitar subsidencias.

Promovidas por la sociedad pública INTERBIAK, dependiente de la Diputación

Foral de Bizkaia, las obras de construcción de los nuevos Accesos a Bilbao por

San Mamés se iniciaron en el primer trimestre del año 2009 con un plazo de 36

meses. La ejecución de esta entrada al centro de Bilbao por el sur, supondrá en

un futuro, el desmantelamiento de los viaductos de Sabino Arana y la recuperación

para la ciudad de este entorno urbano. Además se remodela el tronco de la A-8,

soterrándolo, de manera que se permeabilizan los barrios de Lezeaga y Bentazarra

acercándolos a la trama urbana del centro de Bilbao.

Túnel en mina de los nuevos accesosa Bilbao por San Mamés

Palabras clave: ACCESO, AVANCE, CONTRA-BÓVEDA, DESTROZA, ESTABILIZACIÓN,

FRENTE, INYECCIÓN, PARAGUAS, RECALCE, SECCIÓN, SOTENIMIENTO, TÚNEL .

� Pedro RIVAS DE APRAIZ , ICCP.Director de Obra. INTERBIAK.

Iñigo ESCOBAL MARCOS, Ing. de Minas.Gerente de LURPELAN.

Ejecución de un túnel convencional en un entorno urbano con especiales dificultades geotécnicas

� Disposición general de las obras de los Nuevos Accesos aBilbao por San Mamés. � [Figura 1] .- Sección tipo funcional del túnel de San Mamés.

Geología y geotecnia del túnelLos terrenos excavados durante la ejecución

del túnel corresponden a los materiales sedi-

mentarios cretácicos presentes en el entorno

de Bilbao. Básicamente, se han distinguido

dos formaciones:

• Formación Ereza (Formación 1): areniscas

calcáreas con alternancias de limolitas

calcáreas.

• Formación Arraiz (Formación 2): conjunto

de calizas grises con rudistas y corales y

calizas detríticas.

La denominación empleada corresponde a

la utilizada durante la ejecución de la cercana

Variante Sur Metropolitana de Bilbao, donde se

excavaron estas mismas formaciones. Por el

contrario,tal y como

se esperaba, en nin-

gún momento se in-

terceptaron las cono-

cidas Cayuelas, tan

habituales en la ejecu-

ción de los túneles del

Metro de Bilbao.

El contacto entre la

formación Ereza y

Arraiz se ha producido

a través de una falla de

fuerte buzamiento.

Esta falla afectaba in-

tensamente a los ma-

teriales adyacentes,

dando lugar a macizos

rocosos con grados de alteración muy altos (IV-

V) y una fuerte tectonización, o incluso materia-

les con grado de alteración VI (suelos). A los

materiales de altos grados de alteración se les

ha designado como Eluvial 1 y Eluvial 2, según

procedieran de materiales de la Formación 1 o

Formación 2, respectivamente.

Dado el trazado curvo del túnel, la afección

de la falla se ha producido en la mayor parte

del trazado del túnel. En la Tabla I, se resume

la tramificación y longitudes de los litotipos

atravesados.

Los principales condicionantes geotécnicos

aparecidos durante la ejecución del túnel han

sido:

• Altos grados de alteración e intensa tec-

tonización del macizo rocoso.

• Coberteras inferiores a un diámetro en

materiales muy alterados o totalmente

descompuestos.

• Intensa karstificación de los tramos exca-

vados en las calizas de la formación Arraiz.

• Frentes de excavación mixtos con mate-

riales muy alterados ocupando la parte

superior de la excavación y un macizo ro-

coso extremadamente sano en la parte

inferior.

• Presencia de edificaciones en todo el en-

torno del túnel, en la mayoría de los casos

con antigüedades superiores a los 50 años.

En la Fig. 3, se presenta el perfil geológico

longitudinal del túnel y la magnitud de las co-

berteras sobre clave del túnel.

Los anteriores factores han condicionado

extraordinariamente la ejecución del túnel, es-

pecialmente en los siguientes aspectos:

• Control del perímetro de la excavación por

medio de paraguas pesados de micropi-

lotes, en algunos casos con inyecciones

armadas (Inyección Selectiva y Repetitiva

a través de micropilotes).

• Control del frente de excavación por me-

dio de sellado del frente e incluso refuerzo

del frente con bulones autoperforantes.

• Utilización de medios mecánicos pesados

capaces de quebrantar macizos rocosos

competentes.

• Control de deformaciones del propio tú-

nel, que se reflejaban en superficie, por

medio de recalce de la sección de avance

17023

Excavación

� [Figura 2].- Características de los sostemientos tipo utilizados.

� [TABLA I].- Tramificación de litotipos atravesados.

� [Figura 3] .-Perfilgeológicolongitudinaly coberteras.

con micropilotes y refuerzo del sosteni-

miento con bulones autoperforantes de 9

m y anclajes activos.

• Control geotécnico y de deformaciones

del terreno en superficie y en edificios.

A pesar de todas estas dificultades geotéc-

nicas, en especial las afecciones al entorno ur-

bano, se ha respondido ágilmente a los altos

requerimientos exigidos por el Cliente, en es-

pecial en cuanto a rendimientos de ejecución,

control cualitativo y control geotécnico de la

excavación.

Descripción de la ejecución del túnelLa excavación del túnel se divide en tres fases:

• Avance: con una altura de 6,0 metros y

pases de excavación de 1 a 1,5 metros, en

función del sostenimiento a ejecutar. En las

zonas de peor calidad geotécnica, el sosteni-

miento de la sección de avance se apoyaba

en patas de elefante.

• Destroza: con una altura aproximada de

3,4 metros. Se ejecutó en dos partes IIa y

IIb,decaladas un mínimo de 3 m y mantenien-

do un talud entre fases de 1H:3V.

• Contrabóveda: en las zonas de peor ca-

lidad geotécnica se ejecutó una contrabóveda

definitiva. Los pies de las cerchas del sosteni-

mientode destroza se prolongaban empotrán-

dolos en un dado de hormigón excavado por

debajo del nudo de articulación de la contra-

bóveda. De este modo se ejecutaban ambas

articulaciones sin descalzar el apoyo. Con

posterioridad, se excavaba y hormigonaba la

sección central de la contrabóveda en tramos.

El inicio de la ejecución de la contrabóveda

se realizaba simultáneamente con la excava-

ción de la destroza. En la foto se aprecia el

hormigonado de los tacones de articulación

de la contrabóveda y al fondo el frente de ex-

cavación de destroza.

La ejecución del túnel se inicia desde un único

ataque, a partir de la Boca de Salida, en sentido

de avance de PK decrecientes, hasta completar

todo el avance. La excavación de la fase de des-

troza y contrabóveda se ha realizado en dos fren-

tes alternados (Fig. 4), ya que con objeto de mi-

nimizar los movimientos en superficie que pudie-

ran afectar a los edificios,fue necesario ejecutar

un refuerzo del sostenimiento previamente al ini-

cio de la destroza, en un tramo de 70 m.

Dadas las condiciones geotécnicas descri-

tas con anterioridad y con objeto de minimizar

las posibles afecciones en superficie, fue nece-

sario ejecutar paraguas sistemáticos de micro-

pilotes en gran parte del túnel. En total se eje-

cutaron 29 paraguas de micropilotes, algunos

de ellos con válvulas que permitieron hacer in-

yecciones repetitivas del terreno a través del

propio micropilote.

Pese a ello, la buena coordinación en la or-

ganización de los distintos tajos, ha permitido

obtener unos rendimientos elevados. En la Ta-bla II y en la Fig. 5, se resumen los rendimien-

tos obtenidos en avance.

Especialmente demostrativos de la gran di-

ficultad sufrida durante la ejecución, fueron los

tramos inicial y central del túnel. En el primero

de ellos, la escasa cobertera (menos de un

diámetro), el alto grado de alteración del terre-

no en clave y la existencia de una intensa

carstificación de la roca caliza, dieron lugar a

grandes movimientos en superficie que supe-

raron los 20 cm, con el riesgo consiguiente de

sufrir una chimenea que finalmente se evitó.

En el tramo central del túnel, pese a que el

macizo rocoso era de una calidad geotécnica

buena, la auscultación detectó una relación di-

recta entre los movimientos medidos en la cla-

ve del túnel y la subsidencia medida en super-

ficie que podían afectar a distintas edificacio-

nes. Esto obligó a reforzar el sostenimiento

ejecutado en avance. Ambos casos se descri-

17024

Excavación

� Inicio de la ejecución de la contrabóveda definitiva

� [Figura 4] .-Esquema parael desdoble defrentes dedestroza.

� [Figura 5] .-Rendimientosde ejecucióndel avancedistribuidospor tipos desostenimientosy meses.

� [TABLA II].- Rendimientos de ejecución.

birán con mayor profundidad posteriormente.

En la Fig. 6, se ha representado los movi-

mientos medidos en clave del túnel y en su-

perficie. Como se observa, en un primer tra-

mo, hasta el PK 1+200, los movimientos fue-

ron moderados, siguiendo un comportamien-

to dentro de los límites habituales para este

tipo de terrenos. En el tramo central del túnel,

hasta el PK 1+320, los movimientos fueron

superiores a lo esperado, siendo muy simila-

res en magnitud los movimientos medidos en

la nivelación de clave y los medidos en super-

ficie. En el tramo final, con escasas coberteras

y en terrenos cársticos, las subsidencias fue-

ron extraordinariamente altas. Pese a ello, la

nivelación de clave no alcanzó grandes mag-

nitudes, dada la gran rigidez del sostenimien-

to ejecutado.

Medios de ejecuciónPara la ejecución del presente túnel se contó

con los siguientes medios:

• Equipos de excavación, carga y transpor-

te de materiales:

- Retroexcavadora Volvo EC 460 equipa-

da con martillo Atlas Copco HB 2.500.- Retroexcavadora Komatsu PC 240,

equipada con martillo Atlas Copco MB1.700.

- Camión dúmper Barford Site de 10 t

(2 uds.)

- Pala cargadora de orugas LiebherrLR-634.

• Equipos de perforación de micropilotes y

bulones:

- Jumbo Atlas Copco Rocket Boomer282, con dos brazos de perforación

equipados con martillos COP 1838.

- Carro de perforación Atlas CopcoECM 660 IV.

• Equipos de proyección de gunita e in-

yección:

- Robot de proyección de gunita por vía

húmeda SIKA PM500 C.

- Equipo de inyección Putzmeister S-5EV.

• Equipos auxiliares:

- Manipulador telescópico giratorio Ma-nitou MRT 1542 (2 uds).

- Manipulador telescópico frontal Mani-tou MT 1740.

Ejecución del tramo carstificadocon escasa coberteraComo se comentó anteriormente, la ejecución

del túnel se realizó en sentido decreciente de

PK. Así el equipo de ejecución de túnel se en-

frentó, nada más empezar, con un tramo de

78 m de longitud compuesto de un macizo ro-

coso calizo intensamente carstificado en toda

la clave del túnel, pero extraordinariamente

competente en la solera. A ello se unía la esca-

sa cobertera del túnel, alrededor de 0,65 veces

el diámetro, compuesta por un material total-

mente alterado (G.A. IV-V)

Este tramo se caracteriza por la presencia

de frentes de excavación mixtos. La parte su-

perior del frente, en una proporción del 66% al

20%, se compone de arcillas areno-limosas

blandas de color rojizo correspondientes al lito-

tipo Elu 2. El resto se compone de calizas sa-

nas de grado de alteración I-II, apareciendo

también bolos de caliza masiva envueltos en

arcillas. Dada la alteración de la roca, convir-

tiéndola en un material de tipo suelo, en este

primer tramo difícilmente es posible obtener el

índice RMR.Esta mala calidad del terreno ha-

cía temer que se produjeran inestabilidades en

el propio frente de excavación.

Las deformaciones en superficie se monito-

rizaban por medio de hitos de nivelación situa-

dos sobre el eje del túnel, con separación en-

tre hitos de 5 m. Aproximadamente cada 25

m, se instalaron hitos adicionales, formando

secciones transversales de subsidencia. Dada

la mala calidad del terreno excavado y la esca-

sa cobertera, desde el primer momento de la

excavación, se midieron grandes deformacio-

nes en superficie. Las deformaciones medidas

al final de la excavación del túnel, se situaron

entre los 60 y los 230 mm, con pérdidas de

volumen situadas entre

el 2,3% y el 7,8%.

Aunque la magnitud

de las deformaciones era

muy grande, dado que

no existía ningún riesgo

de afectar a edificacio-

nes, se optó por aplicar

soluciones convenciona-

les encaminadas a ase-

gurar la estabilidad del

frente de excavación y la

clave del túnel, en lugar

de aplicar tratamientos

intensivos del terreno. La

estabilidad del frente se

aseguró con la ejecución

de bulones autoperfo-

rantes de 15 m de longi-

tud en malla de 1 m x 1

m, machón central y sellado sistemático del

frente con hormigón proyectado.

Para asegurar la estabilidad de la clave, se

ejecutaron paraguas sucesivos de micropilote-

sautoperforantesde armadura de acero de 12

m de longitud, con una separación entre mi-

cropilotes de 35 cm. Cada paraguas sumaba

un total de 40micropilotes, ejecutándose todos

ellos con el propio jumbo. El sostenimiento eje-

cutado se correspondía con el sostenimiento

pesado de tipo II, con la sección de avance

apoyada en patas de elefante.

Ejecución del tramo fallaLa tectonización del contacto entre las forma-

cionesde Arraiz (Fm 2) y Ereza (Fm 1), había

dado como resultado un tramo de túnel de 30

m de longitud, donde el sustrato rocoso se en-

contraba intensamente fracturado y meteoriza-

do (Elu 1). Los valores de RMR variaban entre

18 y 24 puntos, con coberteras que se encon-

traban en torno a 1,7 veces el diámetro de la

excavación.

17026

Excavación

� [Figura 6] .-Comparativademovimientosen superficiey en clave del túnel.

� Frente mixto de excavación, arcillas de carstificación en clave yroca caliza en solera.

14240

Excavación

Las deformaciones medidas en superficie

fueron mucho menores que las registradas en

el tramo de túnel anterior. No obstante, se mi-

dieron deformaciones en la vertical del eje del

túnel de 45 mm, con una pérdida de volumen

en torno al 1,5 %.

En este caso, la cercanía de edificaciones

hacía aconsejable intensificar las medidas de

control de estabilidad de la clave del túnel. En

este sentido, se optó por doblar los paraguas

de micropilotes aumentando el solape entre pa-

raguas y dotar a los micropilotes de válvulas

que permitieran realizar inyecciones selectivas,

por medio de obturador.

Ejecución de refuerzo de sostenimiento en el tramo centralEn el tramo central del túnel, se excavaron are-

niscas calcáreas de la formación Ereza (Fm 1)

meteorizadas en grados III-IV con bloques mé-

tricos aislados de areniscas sanas (GM I). En el

PK 1+318, por el hastial izquierdo del túnel en-

tra una falla subparalela a la atravesada con an-

terioridad en el contacto entre Arraiz y Ereza. En

este caso, la alteración no es tan intensa, pero

debido al trazado curvo del túnel, la falla se

coge al hilo de la excavación en 60 m de longi-

tud, volviendo a salir por el hastial izquierdo en el

PK 1+258. A partir de ese punto, se excava un

macizo areniscoso sin tectonizar con GM II-III.

La cobertera en este tramo es superior a los

30 m, alcanzándose la máxima cobertera del

túnel (42 m). Este tramo también coincide con la

zona de mayor densidad de edificaciones por

encima del túnel. Exceptuando un edificio de vi-

viendas de cinco plantas de reciente construc-

ción y una iglesia, el resto corresponden a vi-

viendas unifamiliares de más de 50 años de an-

tigüedad y de construcción poco robusta.

Dada la calidad del macizo rocoso y la

presencia de los edificios, la excavación se

realizó bajo la protección de paraguas de mi-

cropilotes sucesivos de 15 m de longitud y 3

m de solape. La separación entre micropilo-

tes variaba entre 35 y 50 cm. En todo el tra-

mo, el sostenimiento de avance apoyaba en

roca, por lo que se estimó que no era nece-

sario ejecutar patas de elefante. La excava-

ción transcurrió sin grandes contratiempos.

No obstante, la auscultación instalada en el

túnel empezó a señalar descensos de la cla-

ve del túnel en torno a los 45 mm. En cam-

bio, las convergencias no indicaban grandes

deformaciones, siendo la convergencia má-

xima en este tramo de 20 mm.

Paralelamente a este descenso de la clave

del túnel, se comenzó a detectar también im-

portantes deformaciones en superficie sobre el

túnel. Las cuantías de estas deformaciones en

superficie igualaban en magnitud a los descen-

sos de clave medidos en el túnel. Las regletas

de control colocadas en los propios edificios,

también registraban estos movimientos. Aun-

que con cierto desfase temporal, los movi-

mientos de las regletas de los edificios termi-

naban igualando las deformaciones del terreno

medidas con los hitos de superficie.

Ante este comportamiento, se hizo un aná-

lisis numérico de la interacción entre el túnel y

los movimientos registrados en superficie. Este

análisis mostró la gran influencia que tenía la

estructura fracturada del macizo rocoso sobre

los movimientos en superficie, por lo que se

decidió ejecutar un refuerzo del sostenimiento

del túnel previo a la excavación de la destroza-

El refuerzo se extendió en una longitud de 70

m, coincidiendo con el paso bajo las viviendas.

Se ejecutó un bulonado sistemático de bu-

lones autoperforantes 40/20 de 9 m de longi-

tud en malla de 1,0 x 1,0 m. Todos estos bulo-

nes se perforaron a través de los paraguas de

micopilotes ejecutados en el avance. En la

imagen inferior se ve la ejecución de estos au-

toperforantes.

Adicionalmente, se recalzó la sección de

avance por medio de micropilotes perforados

en los pies del sostenimiento, con las cabezas

recogidas en una viga continua de hormigón

armado conectada a las cerchas. En la si-

guiente imagen se observan las cabezas de

los micropilotes y la armadura de la viga de

atado, presentada.

Una vez ejecutado el refuerzo de la sección

de avance, se procedió a la excavación de la

destroza, consiguiendo que los movimientos

registrados en superficie fueran limitados. El re-

fuerzo se completaba con la ejecución en la

destroza de anclajes de bulones de barra co-

rrugada ϕ 32 de 9 m de longitud y tesados a

20 t. En la siguiente imagen se ve la perfora-

ción de estos anclajes, también se observa la

� Intensa meteorización en el contacto entre las formacionesArraiz y Ereza. � Contraboveda cubierta con todo uno.

� Ejecución debulones derefuerzo através deparaguas demicropilotes.

14241

Excavación

perfecta regularidad obtenida en el sosteni-

miento de avance reforzado y la viga de atado

de hormigón armado.

Todos estos trabajos de refuerzo tuvieron

que ser compatibilizados con la excavación y

sostenimiento de la destroza en el resto del tú-

nel y con la ejecución de la contrabóveda defi-

nitiva, lo cual significó una gran complejidad lo-

gística y de simultanear distintos tajos, instala-

ciones y equipos.

ConclusionesLa ejecución del túnel de San Mames, in-

cluido en los nuevos accesos a Bilbao ha re-

sultado de una gran complejidad técnica. En

su excavación y sostenimiento se han utilizado

prácticamente todas las técnicas de ejecución

de sostenimientos de túnel:

• Ejecución de la contrabóveda definitiva

acompasada con la excavación de la

destroza.

• Ejecución de paraguas sucesivos de mi-

cropilotes y dobles paraguas.

• Ejecución de inyecciones armadas de

micropilotes con inyecciones selectivas.

• Ejecución de refuerzos de bulones auto-

perforantes a través de paraguas de mi-

cropilotes.

• Ejecución de recalces de secciones de

avance con micropilotes.

• Ejecución de apoyos de secciones de

avance con patas de elefante.

• Ejecución de sostenimientos del frentes

de excavación con autoperforantes.

• Ejecución de anclajes tesados en el inte-

rior del túnel.

Todo ello enfrentándose a grandes dificulta-

des geotécnicas, debidas a la escasa coberte-

ra en gran parte del túnel, la presencia de edifi-

caciones sobre la vertical del túnel, la estructura

adversa del macizo rocoso y el alto grado de

tectonización y alteración del terreno en algunos

tramos. A ello se unía la enorme complejidad or-

ganizativa que ha supuesto simultanear distintas

fases de ejecución y excavación del túnel, eje-

cución de refuerzos y de contrabóvedas.

A pesar de todas estas dificultades, se ha

respondido ágilmente a los altos requerimien-

tos exigidos desde la propiedad, en especial

en rendimientos de ejecución, coordinación de

diversos tajos, control cualitativo y control ge-

otécnico de la excavación, que han permitido

a la postre finalizar esta obra con gran éxito.

AgradecimientosAgradecer al equipo de Dirección de Obra de

Interbiak, a la Asistencia Técnica (UTE Sarbide-

ak), así como al Contrista principal (UTE Ben-

tazarra) por la colaboración prestada, y felicitar-

les, junto al equipo de LURPELAN, por el re-

sultado final de la obra. �

� Recalce de la sección de avance con micropilotes. � Perforación de los hastiales de destroza para la instalación deanclajes tesados a 20 t.

LURPELANP.I. El Campillo, Pab. 1948500 Abanto - Zierbena (Vizcaya)�: 946 400 989 • Fax: 946 363 031E-mail: administracion@lurpelan.comWeb: www.lurpelan.com

i