Este proyecto consiste en el diseño geotécnico de 1 km de longitud del túnel del Metro de Lima Línea 2. El diseño contempla tres metodologías de excavación y sostenimiento, las cuales se analizarán y diseñarán a detalle: 1 Metodología NATM/SEM o también conocida como Nuevo Método Austriaco Modificada para túneles en suelos que comprende la excavación por métodos convencionales, dividido en una primera etapa de sostenimiento con una estructura metálica revestida de concreto proyectado y una segunda etapa de revestimiento con concreto armado; 2 Metodología Cut&Cover, la cual está diseñada para el tramo de la estación de pasajeros y comprende una serie de estructuras como muros, placas y losas de concreto armado excavados por etapas y finalmente 3 Metodología TBM, esta última es la excavación mecanizada por medio de un Hidroescudo (Tunnel Boring Machine de presión de lodos especializada para excavación en suelos) con colocación de un anillo prefabricado de dovelas de concreto armado como sostenimiento/revestimiento. Para el análisis del comportamiento del suelo con estas estructuras, se ha hecho uso del programa Plaxis 3D y 2D basándose en los datos obtenidos del Expediente de Factibilidad de la Red Básica del Metro de Lima y Callao Línea 2 realizado por PROINVERSION. Una vez completado el análisis de deformaciones y esfuerzos se culminó el proyecto detallando las estructuras finales y completando los planos. / Tesis

En los últimos años, nuestro país ha desarrollado importantes proyectos de infraestructura, los cuales le han permitido abrirse paso a la modernidad. En la ciudad de Lima se está desarrollando uno de estos proyectos, que es la Línea 2 del Metro de Lima, un metro subterráneo de gran capacidad que conectará a los distritos de Ate con el Callao y reducirá significativamente el tiempo de viaje entre ambos entre ambos puntos: de dos horas y media a 45 minutos. Este análisis tiene como objetivo conocer qué tan factible es la construcción de los túneles de Metro mediante el uso de máquinas tuneladoras. Para conocer los distintos tipos de tuneladoras existentes, se hizo un estudio con el fin de establecer los criterios de selección de la máquina más adecuada para la excavación de los túneles en los suelos de Lima. Este análisis principalmente se inicia con un estudio geológico, donde se define la tipología de la máquina; mientras que las características del proyecto definen especificaciones particulares, como el tamaño de la máquina y el uso de una maquinaria auxiliar. Con ello, se ha definido que las máquinas tuneladoras con mayores ventajas para el tipo de suelo limeño son una TBM (Tunnel Boring Machine) y una EPB (Escuado de Balance de Presión de Tierras) como maquinaria auxiliar. Estas máquinas se usarán en distintos tipos de etapas, de acuerdo al estudio geológico que exige características particulares. Estas etapas que presenta el nuevo sistema de transporte son: 1-A, 1-B y 2. La etapa 1-A, tiene 5 Km y consta de 5 estaciones y la excavación de los túneles se hará por el método convencional, es decir con maquinaria pesada como retroexcavadoras y pantalladoras. Para la etapa 1-B, se usarán 2 tipos de tuneladoras: EPB y TBM, La tuneladora EPB (Earth Preasure Balance) se usa normalmente en la excavación de terrenos difíciles; la tuneladora TBM (Tunnel Boring Machine) excava túneles a sección completa y a la vez colabora en la colocación de una entibación para la sustentación del túnel si esta es necesaria, ya sea en forma provisional o definitiva. Asimismo, se analizará la estimación de un rendimiento promedio de avance que se aproxima a los 18m/día, en comparación al rendimiento de avance de un frente en NATM que alcanza un promedio estimado en 2m/día. El Nuevo Método Austriaco de construcción de túneles con la sigla en inglés NATM, es un método que permite trabajar en varios frentes, mientras que una tuneladora lo hace en un solo frente. En este proyecto de investigación se han establecido las diferencias entre el actual método NATM y el uso de una máquina tuneladora. Finalmente, se ha elaborado un análisis comparativo de ambos métodos constructivos, concluyendo que bajo las condiciones típicas de suelos y formas del Metro de Lima existen tramos pequeños para los cuales el uso de una tuneladora reduce los plazos de ejecución, pero a un mayor costo que el método NATM, mientras que para tramos largos de aproximadamente 12 km, el costo del uso de la tuneladora es menor, pero con un aumento considerable en el plazo.

Este proyecto consiste en el diseño geotécnico de 1 km de longitud del túnel del Metro de Lima Línea 2. El diseño contempla tres metodologías de excavación y sostenimiento, las cuales se analizarán y diseñarán a detalle: 1 Metodología NATM/SEM o también conocida como Nuevo Método Austriaco Modificada para túneles en suelos que comprende la excavación por métodos convencionales, dividido en una primera etapa de sostenimiento con una estructura metálica revestida de concreto proyectado y una segunda etapa de revestimiento con concreto armado; 2 Metodología Cut&Cover, la cual está diseñada para el tramo de la estación de pasajeros y comprende una serie de estructuras como muros, placas y losas de concreto armado excavados por etapas y finalmente 3 Metodología TBM, esta última es la excavación mecanizada por medio de un Hidroescudo (Tunnel Boring Machine de presión de lodos especializada para excavación en suelos) con colocación de un anillo prefabricado de dovelas de concreto armado como sostenimiento/revestimiento. Para el análisis del comportamiento del suelo con estas estructuras, se ha hecho uso del programa Plaxis 3D y 2D basándose en los datos obtenidos del Expediente de Factibilidad de la Red Básica del Metro de Lima y Callao Línea 2 realizado por PROINVERSION. Una vez completado el análisis de deformaciones y esfuerzos se culminó el proyecto detallando las estructuras finales y completando los planos.

Dos de los métodos más utilizados para la excavación de túneles viales y estaciones son: cut and cover (ejecución a cielo abierto) y el nuevo método austríaco (ejecución subterránea). Cada método y sus variantes tienen restricciones en su procedimiento que dependen del emplazamiento geológico. Estos aspectos impactan directamente en el costo y plazo de la ejecución de un túnel vial, más aún cuando la estratigrafía presenta perfiles de suelo blandos. El objetivo principal de esta tesis es comparar el costo directo y tiempos de ejecución para estaciones de metro subterráneas construidas con ambos métodos y emplazadas en la Provincia constitucional del Callao. Además, se identifica los puntos críticos del recorrido de la futura Línea 2 y ramal de la línea 4 del metro de Lima considerando los mapas de suelos y microzonificación sísmica. La metodología de la presente tesis plantea un análisis comparativo entre ambos métodos e incorpora modelos de estaciones ya ejecutadas en capitales como Santiago de Chile y Ciudad de México, las cuales comparten características demográficas y geológicas con Lima. Se identifica dos estaciones de interés: Av. Bocanegra y Av. Colonial las cuales están sobre un perfil Tipo III (S3 – Suelos Blandos) que incluye depósitos de suelos finos y arenas sueltas de gran espesor. Esta limitante obliga al uso de lodo bentónico para las partidas de excavación de muros Milán (cut and cover) elevando en 2 y 3 % el costo directo total. Las partidas más importantes son el movimiento de tierras y las losas wafle que juntas representan el 75% del costo total. Por otro lado, el recubrimiento doble en el caso del nuevo método austriaco, junto a las partidas de obras preliminares y movimiento de tierras en el túnel representan el 52.9% del costo directo. El análisis realizado indica que el nuevo método austríaco es 7.8% más costoso que el método Cut and Cover, al incluir los gastos generales esta diferencia se extiende hasta 12.5%. El incremento se debe al tiempo de ejecución que demanda el nuevo método austríaco que son 3 a 4 meses adicionales. A pesar de su larga duración este último tiene la ventaja de que no interrumpe las actividades en la superficie. Por otro lado, el método Cut and Cover es más eficaz en tiempos de ejecución, pero supone un costo extra (4% del costo total) para la reposición de la superficie la cual se intervino, la misma que interrumpe el flujo vehicular durante la excavación de los muros Milan. En el caso del nuevo método austríaco la incorporación de aditivos en el shotcrete permite mejorar el avance diario además de los costos. La evolución de ambos métodos de mano con la tecnología de materiales y maquinaria ha permitido a través del tiempo mejorar significativamente las velocidades de ejecución para la construcción de túneles viales urbanos.