ESTUDIO CONCEPTUAL FERROVIARIO PROYECTADO EN LA INTERSECCIÓN DE LA CARRERA 30 CON LÍNEA DEL FERROCARRIL EN LA

CIUDAD DE BOGOTÁ

HILDER DAVID GIRALDO PEÑA NIXON JAVIER OLAYA PRADA

UNIVERSIDAD CATÓLICA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERÍA

PROGRAMA DE INGENIERÍA CIVIL ALTERNATIVA TRABAJO DE GRADO

BOGOTÁ 2013

ESTUDIO CONCEPTUAL FERROVIARIO PROYECTADO EN LA INTERSECCIÓN DE LA CARRERA 30 CON LÍNEA DEL FERROCARRIL EN LA

CIUDAD DE BOGOTÁ.

HILDER DAVID GIRALDO PEÑA NIXON JAVIER OLAYA PRADA

Trabajo de Grado para optar al título de Ingeniero Civil

Director

PhD. JUAN CARLOS RUGE CÁRDENAS

UNIVERSIDAD CATÓLICA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERÍA

PROGRAMA DE INGENIERÍA CIVIL ALTERNATIVA TRABAJO DE GRADO

BOGOTÁ 2013

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Nota de aceptación

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Director de Investigación Ing. Juan Carlos Ruge Cárdenas

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Asesor Metodológico Ing. Juan Carlos Ruge Cárdenas

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Jurado Bogotá D.C., mayo de 2013

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AGRADECIMIENTOS A Dios por darnos la vida, las facultades intelectuales y físicas para poder llegar a esta instancia. A nuestros padres y familiares por la oportunidad que nos brindaron al apoyarnos moral y económicamente con esta carrera universitaria. A la Universidad Católica de Colombia por abrir sus puertas y brindarnos los conocimientos integrales para la formación de un profesional ejemplar. Un agradecimiento especial al Ing. Juan Carlos Ruge por el acompañamiento y la dirección que por medio de su voluntad y conocimiento nos proporcionó para la realización de este trabajo de grado. A nuestros amigos y compañeros que conocimos durante esta etapa académica, pues sus colaboraciones han sido de ayuda valiosa para nuestra estancia en la universidad.

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CONTENIDO

pág. INTRODUCCIÓN 12

1. ANTECEDENTES 14 2. OBJETIVOS 16 2.1 GENERAL 16

2.2 ESPECÍFICOS 16

3. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 17 4. MARCO DE REFERENCIA 19 4.1 ESTACIÓN INTERMODAL 19

4.2 SISTEMAS FERROVIARIOS 19 4.3 MÉTODOS CONSTRUCTIVOS PARA TÚNELES 20

4.3.1 Tuneladora 20 4.3.2 Nuevo método austriaco 21 4.3.3 Método inglés 21

4.3.4 Método norteamericano 21 4.3.5 Método belga 22

4.3.6 método alemán 22 4.4 SISTEMAS DE DRENAJE PARA TÚNELES 23

4.5 FUNDACIONES POR PILOTES PARA TÚNELES Y SECCIONES TIPO TRINCHERA 23 4.5.1 Pilote in situ de desplazamiento con azuche 23

4.5.2 Pilote in situ de desplazamiento con tapón de gravas 23 4.5.3 Pilote in situ de extracción con entubación recuperable 24

4.5.4 Pilote in situ de extracción con camisa perdida 24 4.5.5 Pilote in situ perforado sin entubación con lodos tixotrópicos 24 4.5.6 Pilote in situ barrenado sin entubación 24 4.5.7 Pilote in situ barrenado y hormigonado por tubo central de barrena 24

4.5.8 Pilotes hincados 25

5. RESULTADOS DE LA INVESTIGACIÓN 26 5.1 METODOLOGÍA UTILIZADA 26 5.2 USUARIOS DIRECTOS E INDIRECTOS POTENCIALES DE LOS RESULTADOS DE LA INVESTIGACIÓN 26 5.3 REDES DE SERVICIOS PÚBLICOS 26

5.4 MÉTODOS DE CONSTRUCCIÓN 27 5.4.1 Planos realizados 27 5.4.1.1 Plano 1 27 5.4.1.2 Plano 2 Secciones del sistema intermodal 28

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pág. 5.4.1.3 Plano 3 28 5.4.1.4 Plano 4 29 5.4.2 Desvíos propuestos 29

6. ANÁLISIS DE RESULTADOS 30 7. CONCLUSIONES 31 BIBLIOGRAFÍA 32

ANEXOS 34

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LISTA DE FIGURAS pág. Figura 1. Etapas de tunelación por nuevo método austriaco 21

Figura 2. Etapas de tunelación por método ingles 21 Figura 3. Etapas de tunelación por método belga 22 Figura 4. Etapas de tunelación por método alemán 22

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LISTA DE ANEXOS

pág. Anexo A. Localización de redes y ejes de pilotaje 35

Anexo B. Plano ortográfico 36 Anexo C. Registro fotográfico 37 Anexo D. Sección transversal del sistema ferroviario 38 Anexo E. Sección transversal de la intersección 39 Anexo F. Sección longitudinal del sistema intermodal 40

Anexo G. Fase 1: excavacion 41

Anexo H. Fase 2: Fundiciones 42

Anexo I. Fase 3: Instalación sistema de drenajes trinchera 43 Anexo J. Fase 4: excavación del túnel 44 Anexo K. Fase 5: instalación sistema de drenaje túnel 45 Anexo L. Fase 6: sistema de rodamiento y reforestacion 46

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GLOSARIO

BÓVEDA: una bóveda es un elemento constructivo superficial, generalmente elaborado en mampostería o fábrica, en el que sus piezas y componentes trabajan a compresión. Las bóvedas poseen una forma geométrica generada por el movimiento de un arco generatriz a lo largo de un eje.

CANAL: en ingeniería se denomina canal a una construcción destinada al transporte de fluidos, generalmente utilizada para agua y que, a diferencia de las tuberías, es abierta a la atmósfera.

DRENAJE: para la ingeniería y el urbanismo, el drenaje es el sistema de tuberías interconectadas que permite el desalojo de los líquidos pluviales o de otro tipo.

ESTACIÓN DE TRASPORTE: local y conjunto de instalaciones en que están ubicadas las dependencias de las estaciones de transporte.

FUNDACIÓN: es una parte importante en la creación de cualquier tipo de túnel ya que es el soporte de este La fundación puede estar constituida en su mayoría por pilotes que están apoyados.

METRO: esta clase de sistema ferroviario se caracteriza por ser un transporte masivo de pasajeros en las grandes ciudades, uniendo diversas zonas de su término municipal y sus alrededores más próximos, con alta capacidad y frecuencia, y separados de otros sistemas de transporte. MOVILIDAD: hace referencia a una nueva forma de abordar los problemas de transporte desde un marco integral, el cual busca hacer equitativo el uso de la malla vial por los diferentes actores involucrados como lo son el trasporte público y privado, peatones de a pie, en cicla y con discapacidad. MURO DE CONTENCIÓN: es un elemento constructivo cuya principal misión es servir de contención o de confinamiento, ya sea de un terreno natural o de un relleno artificial. NIVEL FREÁTICO: corresponde a la distancia en la que se encuentra el agua subterránea medida desde la superficie.

PILOTEADORA: máquina utilizada en la construcción la cual se encarga de la instalación de pilotes ya sea hincados o haciendo una perforación en el suelo en la que posteriormente se funde el pilote. PILOTE: elemento constructivo utilizado para cimentación de obras, que permite trasladar las cargas hasta un estrato resistente del suelo, cuando este se encuentra a una profundidad tal que hace inviable, técnica o económicamente, una cimentación más convencional mediante zapatas o losas. Tiene forma de columna colocada en vertical en el interior del terreno sobre la que se apoya el elemento que le trasmite las cargas (pilar, encepado, losa...) y que trasmite la carga al terreno por rozamiento del fuste con el terreno, apoyando la punta en capas más resistentes o por ambos métodos a la vez.

REFORESTACIÓN: es la actividad de plantar árboles y sembrar prado donde ya no existen debido a la acción del hombre por diversos procesos, entre ellos está el de construcción de obras civiles, más frecuentemente en la zona urbana debido al cambio de uso del suelo.

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TALUD: es cualquier superficie inclinada respecto a la horizontal que haya de adoptar permanentemente las masas de tierras. En ingeniería civil se puede definir como una obra de tierra que se construye o se moldea a ambos lados de la vía, una franja de terreno a ambos lados de la misma. Su objetivo es tener suficiente terreno en caso de ampliación futura de la carretera y atenuar en gran medida, los peligros de accidentes motivados por obstáculos dentro de dicha zona, los cuales deben ser eliminados. TRANSPORTE: es el traslado de un lugar a otro de algún elemento, en general personas o bienes. El transporte es una actividad fundamental dentro de la sociedad. El transporte se compone de tres partes fundamentales: una infraestructura, un vehículo y un operario.

TREN: serie de vagones o coches conectados a una locomotora o auto propulsados que generalmente circulan sobre carriles permanentes para el transporte de mercancías o pasajeros de un lugar a otro. No obstante, también existen trenes de carretera. El ferrocarril puede ir por carriles (trenes convencionales) u otras vías destinadas y diseñadas para la levitación magnética. Pueden tener una o varias locomotoras, pudiendo estar acopladas en cabeza o en configuración push pull (una en cabeza y otra en cola) y vagones, o ser automotores, en cuyo caso los coches (todos o algunos o solo uno) son autopropulsados. Varía entonces la manera de propulsión de los trenes, principalmente según su utilización.

TÚNEL: un túnel es una obra subterránea de carácter lineal, cuyo objeto es la comunicación de dos puntos, para realizar el transporte de personas, materiales entre otras cosas. Normalmente es artificial. Un túnel puede servir para peatones o ciclistas, aunque generalmente sirve para dar paso al tráfico, para vehículos de motor, para ferrocarril o para un canal. Algunos son acueductos, construidos para el transporte de agua (para consumo, para aprovechamiento hidroeléctrico o para el saneamiento). También hay túneles diseñados para servicios de telecomunicaciones. Incluso existen túneles para el paso de ciertas especies de animales. Algunos conectan zonas en conflicto o tienen carácter estratégico, ya que sirven como refugio como la montaña Cheyenne. En las grandes ciudades el transporte se realiza mediante una red de túneles donde se mueve el metro. La posibilidad de soterrar ahorra espacio e impide el cruce al mismo nivel del tren con los peatones o los vehículos.

TUNELADORA: maquina utilizada en la perforación de suelo para la elaboración de túneles a sección completa. La excavación se realiza normalmente mediante una cabeza giratoria equipada con elementos de corte y accionada por motores hidráulicos (alimentados a su vez por motores eléctricos, dado que la alimentación general de la máquina se realiza con energía eléctrica), aun cuando también existen tuneladoras menos mecanizadas sin cabeza giratoria. El empuje necesario para adelantar se consigue mediante un sistema de gatos perimetrales que se apoyan en el último anillo de sostenimiento colocado o en zapatas móviles (denominadas grippers), accionados también por gatos que las empujan contra la pared del túnel, de forma que se obtiene un punto fijo desde donde empujarán.

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INTRODUCCIÓN Unos de los sistemas de transporte que desde hace mucho tiempo se han implementado en ciudades grandes del mundo debido al gran numero habitantes que poseen, es el sistema de metro y de tren, caracterizados por la alta capacidad de transportar pasajeros de una manera cómoda y segura, además con un aprovechamiento del tiempo considerable ya que los viajes no son interrumpidos por ningún elemento, por ejemplo: semáforos, trancones de otros servicios públicos y otros más que son ocasionados por la acción de peatones, sus únicas paradas son en las estaciones determinadas, sin interrupciones de ningún tipo, es decir estos dos sistemas son independientes a los demás. Debido al problema de movilidad existente en la ciudad de Bogotá este proyecto pretende hacer un análisis de una intersección ubicada en la ciudad de Bogotá en la carrera 30 con ferrocarril, este análisis tiene como finalidad brindar una solución para este cruce en el cual en la actualidad intervienen varios sistemas de transporte como lo son: transporte ferroviario (tren), transporte público (transmilenio, taxis, buses y busetas), transporte de carga (camiones y tracto mulas) y transporte particular (automóviles y camionetas), además se cuenta con el paso del canal a lo largo de la carrera 30 el cual recoge las aguas negras del sector para entregarlas al rio Bogotá. La solución propuesta en este proyecto es diseñar un sistema de metro y tren que ayude a mejorar la movilidad en la ciudad de Bogotá, este diseño será enfocado únicamente para la intersección antes mencionada el cual cambiara de manera significativa la apariencia de este cruce, debido a que en el diseño se va a incorporar un túnel por el cual pasaran los dos sistemas: el metro y tren. En el diseño se pretende evitar el cruce que actualmente tiene el sistema ferroviario con los demás medios de transporte, esto se hará por medio de un túnel el cual tendrá que pasar por debajo de la carrera 30 y del canal. Para empezar el proyecto, se tuvo que iniciar por hacer el reconocimiento del sito, haciendo un levantamiento topográfico visual de las redes de servicios públicos que se encuentran en la zona como son: redes de acueducto, alcantarillado aguas lluvias y aguas negras, teléfono, televisión y gas, que luego se plasmaron en planos y fotos aéreas, posteriormente se hizo un registro topográfico del sitio realizando tomas a los puntos más críticos. Con los datos obtenidos se empezó a hacer el diseño del túnel, a este se le realizaron investigaciones sobre los sistemas de drenajes y bombeo, para posteriormente llegar a un diseño final.

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Estos sistemas de metro y de tren son sistemas muy eficientes que cuestan mucho, pero mejoran de una forma sobresaliente la movilidad en ciudades en las que esta se ha vuelto un problema el transporte público, como Bogotá. Este proyecto trata de dar una perspectiva diferente a lo que se ha venido haciendo con respecto a la movilidad en Bogotá, no solo es una visión de mejora, sino más aun de desarrollo e innovación, ya que estas son cosas con las que Bogotá todavía no cuenta.

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1. ANTECEDENTES La definición de movilidad hace referencia a un término global para abordar los problemas de las clases de trasporte, presentes en las ciudades. Las soluciones propuestas por los países desarrollados, para satisfacer las demandas de la sociedad en cuanto al tema de movilidad han sido sistemas de trasporte masivos integrados como buses, metros y trenes.

En la ciudad de Bogotá la necesidad de establecer diferentes sistemas de transporte masivo como el sistema de tren metropolitano nació en el año 1981, durante la presidencia de Julio Cesar Turbay y la alcaldía de Hernando Durán Dussán un estudio siendo uno de los más completos, donde se analiza la situación de la época de Bogotá, y se planea para hacerlo teniendo como fecha de entrega de la primera línea o línea prioritaria, en un periodo de construcción de 5 años, con entrega en 1986, así mismo esta línea prioritaria tenía un coste aproximado de USD $797 millones, este proyecto fue uno de los que más estuvo a punto de hacerse realidad, pero debido a retrasos y complicaciones, más la discusión que surgió en torno a si se realizaba el Mundial de fútbol de 1986 en Colombia, los recursos no estuvieron listos, igualmente influyó fuertemente en la economía del país y en los recursos de esta obra la Tragedia de Armero y el Holocausto del Palacio de Justicia. En 1987 seis países formularon propuestas para la construcción del Metro de Bogotá.

En 1988 durante el gobierno de Virgilio Barco se anunció la negociación con firma italiana Intermetro para la construcción del Metro, porque ese país había formulado la mejor propuesta para la construcción del mismo. Durante el gobierno del alcalde Juan Martín Caicedo Ferrer en el 1991, se logró establecer un acuerdo con el Gobierno Nacional en cuanto al aspecto técnico y jurídico, para la realización del metro, pero no se logra un consenso en el aspecto económico y especialmente en el financiamiento. Sin embargo debido a la inestabilidad económica y de seguridad del país el proyecto fue aplazado indefinidamente. 1

En 1996 y 1997 el Departamento Administrativo de Planeación Nacional contrató a Fedesarrollo para realizar estudios con miras a definir la estrategia financiera e institucional que se debía implementar para llevar a cabo el Sistema Integrado de Transporte Masivo (SITM) y el desarrollo de la primera línea del metro para Bogotá la cual serviría de base para la ejecución de etapas posteriores.

En 1998 se inició un gran proyecto integrado de transporte masivo, la construcción de un sistema basado en vehículos articulados en vez de un tren eléctrico, debido a los costos y para poder construir una mayor cantidad de líneas, denominado como Sistema de Transporte Masivo del Tercer Milenio

1 EL TIEMPO. Del metro de Bogotá ya hay centímetros [en línea]. Bogotá: La Empresa [citado 1

abril, 2013]. Disponible en Internet: <URL: http://www.eltiempo.com/archivo/documento/MAM-36064>

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"TransMilenio", que además contaría con servicios alimentadores a los barrios periféricos e intermunicipales a los municipios metropolitanos. El 18 de noviembre de 2000 se inauguraron las primeras dos líneas, la Troncal Caracas y la Calle 80. En la actualidad cuenta con 114 estaciones a lo largo de 9 zonas (7 líneas y 2 ramales), distinguidas por letra y color. El sistema cuenta con articulados que prestan los servicios Corriente, Expreso y Superexpreso. A principios de 2014, se planea inicie la construcción de la fase 3 del sistema en la Avenida El Dorado y la Carrera Décima.2

Aunque ya se iniciaron los diseños para una línea de metro, esto no dará un verdadero alivio al congestionamiento vehicular en las zonas y alrededores donde funcionara, ya que se necesitan múltiples sistemas de trasporte público integrados para solucionar de manera total el grave problema de movilidad en la ciudad de Bogotá.

2 HABITAT. Transmilenio: sistema integrado de transporte masivo [en línea]. Bogotá: La Empresa

[citado 1 abril, 2013]. Disponible en Internet: <URL: http://habitat.aq.upm.es/bpal/onu02/bp129.html>

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2. OBJETIVOS 2.1 GENERAL Analizar desde el punto de vista de ingeniería conceptual una posible solución multimodal a la problemática de movilidad en el cruce de la carrera 30 con la línea del ferrocarril. 2.2 ESPECÍFICOS

Realizar el levantamiento visual y recolección de información, de las redes de servicios públicos existentes en la zona, observando desde los puntos más cercanos y estratégicos que puedan ofrecer la información más verídica y confiable posible.

Crear un registro fotográfico del lugar a intervenir, en el cual se tomen los puntos más críticos de la zona, esto para que se pueda dar un análisis más detallado de los problemas existentes.

Obtener planos topográficos del sitio que permitan realizar una localización adecuada de la intersección y con ellos empezar a realizar bosquejos de las posibles soluciones.

Consultar la revisión bibliográfica relacionada con los sistemas de excavación subterránea y a cielo abierto, con el fin de elegir el más adecuado para el estudio actual, considerando la complejidad geotécnica de la zona.

Diseñar desde una óptica conceptual el sistema constructivo a utilizar en la solución multimodal elegida, usando herramientas informáticas específicas para tal fin.

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3. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA “Colombia es uno de los países del mundo que cuentan con un gran volumen de población, esta condición hace que el gobierno nacional tenga que ofrecer muchas soluciones para los problemas que la sociedad demanda”.3

Estudiando más a fondo el tema, uno de los grandes problemas que se afronta en estos momentos es el de la movilidad especialmente en ciudades grandes tales como Bogotá ya que esta posee gran número de habitantes y para ellos es indispensable movilizarse de un lado a otro bien sea para trabajo, estudio, u otras cosas. Además de esto la ciudad de Bogotá es un centro de comercio indispensable para el resto del país lo que conlleva a que numerosos volúmenes de vehículos de carga (camiones, tracto mulas), diariamente estén circulando por las vías de la capital. Bogotá cuenta también con sitios muy reconocidos a nivel nacional e internacional, bien sea por su valor histórico o por la influencia que estos sitios tienen actualmente con la sociedad por ejemplo el cerro de Monserrate; todos estos aspectos hacen a la capital colombiana un sitio turístico muy preferido por la gente de otros lugares.

Otro elemento que hace particular a la ciudad de Bogotá es su crecimiento poblacional, ya que este es exponencial y en un grado alto, una de las cosas que hacen que esto sea así, es la llegada de gente de otros sitios que vienen a quedarse, algunos casos de estos son provocados por el bajo desempleo en otras ciudades, por desplazamientos, etc. y que por ende son personas que al igual que las demás también tienen que movilizarse por la ciudad

Al estudiar lo anterior, el problema radica principalmente en que la ciudad de Bogotá es una ciudad que demanda en gran proporción personas que necesitan transportarse, bien sea de la ciudad misma, por sus quehaceres diarios o de diferentes lugares, la otra parte de la demanda está dada por la cantidad de mercancía que tiene que ser transportada ya sea que ingrese a la ciudad o que salga de ella.

Por otra parte y dejando a un lado el transporte de carga, para enfocar mejor el estudio en el transporte público, la ciudad de Bogotá no ha dado la mejor solución que garantice un buen servicio para sus habitantes; los servicios de transporte que se encuentran en circulación especialmente en las horas pico colapsan, esto es

3 DEPARTAMENTO NACIONAL DE PLANEACIÓN NACIONAL Boletín Censo General 2005 -

Perfil Bogotá [en línea]. Bogotá: La Empresa [citado 1 abril, 2013]. Disponible en Internet: <URL: http://www.dane.gov.co/files/censo2005/perfiles/bogota/bogota.pdf>

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debido al gran volumen de pasajeros que necesitan movilizarse a esas horas del día, este es el caso del sistema masivo de transporte (transmilenio); que a pesar de que los tiempos de viaje a comparación años atrás en que este sistema no se había implementado han disminuido, la calidad del servicio no es buena en el sentido de comodidad; más aún la falta de cultura de los habitantes hacen que el ingreso a un articulado sea inadecuado y por lo tanto ineficiente.

El problema en si no es el sistema de transmilenio sino la capacidad que estos articulados tienen, por esta razón en la ciudad ya se están adelantando diligencias necesarias para empezar una implementación de un sistema de metro, que si le compara con el transmilenio tendría algunas diferencias notables: menor tiempo de viaje y mayor capacidad; aunque el sistema de paradas seguiría siendo por estaciones, además para la implementación de este sistema se tienen que solucionar problemas tales como: las intersecciones, las cuales serían llamados cruces intermodales y que tendrían un tratamiento especial, bien sea por medio de túneles u otras alternativas, esto con el fin de que no tenga contacto con otros medios de transporte. Estas medidas ocasionaran ganancia en tiempo y no retenciones en el tráfico.

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4. MARCO DE REFERENCIA 4.1 ESTACIÓN INTERMODAL

Es el sitio donde convergen diferentes modos de transporte masivo de orden público. Este sistema funciona por lo general con la incorporación de líneas de tren con el sistema de buses permitiendo al pasajero hacer los trasbordos forma eficiente.

4.2 SISTEMAS FERROVIARIOS

En los sistemas ferroviarios se destacan el metro, el tranvía y el tren de cercanías. Real Academia Española define metro (de ferrocarril metropolitano) como:

Tren subterráneo o al aire libre que circule por las grandes ciudades. Esta clase de sistema ferroviario se caracteriza por ser un transporte masivo de pasajeros en las grandes ciudades, uniendo diversas zonas de su término municipal y sus alrededores más próximos, con alta capacidad y frecuencia, y separados de otros sistemas de transporte. Las redes de metro se construyen frecuentemente soterradas, aunque a veces se disponen elevadas e incluso, en zonas normalmente alejadas del centro o de expansión urbana reciente, a nivel de calle pero con plataforma reservada (condición necesaria para ser considerado metro).4

El tren ligero es un sistema de transporte que utiliza el mismo material rodante que el tranvía, pero que incluye segmentos parciales o totalmente segregados por el tráfico, con carriles reservados, vías apartadas y en algunos casos túneles en el centro de la ciudad de características similares a las de un ferrocarril convencional. Tiene una capacidad media de transporte a escala regional y metropolitana, por lo general menor que el tren y el metro y mayor que el tranvía. El tren ligero permite la conexión entre zonas peatonales en núcleos urbanos y zonas rurales, creando además nuevos potenciales de desarrollo urbano. 5

Tren de cercanías o tren suburbano es el sistema de transporte de pasajeros de corta distancia (menos de 100 km entre estaciones extremas) que presta servicios entre el centro de una ciudad y las afueras y ciudades dormitorio de esta y/o otras ciudades cercanas con un gran número de personas que viajan a diario. Los trenes operan de acuerdo a un horario, a velocidades que van desde 50 hasta 200 km/h.

El desarrollo de estos servicios de trenes está creciendo hoy en día, junto con el aumento de la conciencia pública de la congestión, la dependencia de los combustibles fósiles y otras cuestiones ambientales, así como el incremento de

4 DICCIONARIO DE LA REAL ACADEMIA ESPAÑOLA. Metro [en línea]: Madrid: La Empresa

[citado 1 abril, 2013]. Disponible en Internet: <URL:http://lema.rae.es/drae/?val=metro> 5TRANSPORT FOR LONDON. Tren ligero [en línea]. Londres: La Empresa [citado 1 abril, 2013].

Disponible en Internet: <URL:< http://www.tfl.gov.uk/tfl/livetravelnews/realtime/rail/default.html>

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los costos de la propiedad en el centro de las ciudades, constituyéndose en una alternativa a otros medios de transporte urbanos.6

4.3 MÉTODOS CONSTRUCTIVOS PARA TÚNELES

Es esencial que cualquier proyecto de túnel comience con una investigación sobre las condiciones del terreno. Los resultados de la investigación nos permitirán saber cuál es la maquinaria y los métodos de excavación y sostenimiento a realizar, y podrán reducir los riesgos de encontrar condiciones desconocidas.

Los túneles se construyen excavando en el terreno, manualmente o con máquinas. Los sistemas habituales de excavación subterránea son medios mecánicos, voladuras y manual.

Los medios mecánicos mediante minador puntual (rozadora), minador a sección completa o TBM o tuneladora (Tunnel Boring Machine) o con maquinaria convencional (martillo picador, excavadora...)

Perforación y voladura mediante explosivos.

Manual, método derivado de la minería clásica del carbón de las cuencas asturianas, en el que los operarios pican con martillo neumático la sección a excavar y otra partida de obreros desescombran manual o semi-manualmente.

4.3.1 Tuneladora. Una tuneladora, T.B.M. (del inglés Tunnel Boring Machine) o minador a sección completa 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 (alimentados a su vez por motores eléctricos, dado que la alimentación general de la máquina se realiza con energía eléctrica), aun cuando también existen tuneladoras menos mecanizadas sin cabeza giratoria. El empuje necesario para adelantar se consigue mediante un sistema de gatos perimetrales que se apoyan en el último anillo de sostenimiento colocado o en zapatas móviles (denominadas grippers), accionados también por gatos que las empujan contra la pared del túnel, de forma que se obtiene un punto fijo desde donde empujarán.

Detrás de los equipos de excavación y avance se sitúa el denominado "equipo de rezaga" de la tuneladora (o en denominación inglesa back up), constituido por una serie de plataformas arrastradas por la propia máquina y que, a menudo, ruedan sobre rieles que la misma tuneladora coloca, donde se alojan todos los

6 LIGHT RAIL TRANSIT ASSOCIATION LRTA. Líneas férreas [en línea]. Londres: La Empresa

[citado 1 abril, 2013]. Disponible en Internet: <URL: http://www.lrta.org/information.html>

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equipos transformadores, de ventilación, depósitos de mortero y el sistema de evacuación del material excavado.

4.3.2 Nuevo método austriaco. El nuevo método austríaco fue desarrollado en los años 1960. La excavación se realiza en dos fases, primero se realiza la excavación superior y después se retira el terreno que quede debajo hasta la cota del túnel. El método se basa en usar la tensión geológica del macizo rocoso circundante para que el túnel se estabilice a sí mismo mediante el efecto arco. Para conseguirlo nos basamos en medidas geotécnicas para trazar una sección óptima. La excavación es inmediatamente protegida con una delgada capa de hormigón proyectado. Esto crea un anillo de descarga natural que minimiza la deformación de la roca.

Figura 1. Etapas de tunelación por nuevo método austriaco

Fuente. CIVILGEEKS. Túneles, planeación, diseño y construcción [en línea]. Bogotá: La Empresa [citado 1 abril, 2013]. Disponible en Internet: <URL: http://civilgeeks.com/2011/09/22/metodos-de-perforacion-de-tuneles/>

4.3.3 Método inglés. Recibe su nombre por haber sido aplicado en túneles a

través del tipo de terreno que usualmente se localiza en Inglaterra, como son las arenas y areniscas. Su principal característica es proceder el avance de la perforación a sección completa del túnel, en una sola operación.

Figura 2. Etapas de tunelación por método ingles

Fuente. CIVILGEEKS. Túneles, planeación, diseño y construcción [en línea]. Bogotá: La Empresa [citado 1 abril, 2013]. Disponible en Internet: <URL: http://civilgeeks.com/2011/09/22/metodos-de-perforacion-de-tuneles/>

4.3.4 Método norteamericano. La excavación se inicia con una galería superior en el coronamiento del túnel, que se apoya en listones de avance, postes y cabezales. A continuación se amplía la excavación entre dos pórticos y se colocan los segmentos del arco superior adyacentes al coronamiento y apoyado

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por postes y puntales extra. Se forman bancos de excavación a lo largo de los lados y se coloca otro segmento de las costillas a cada lado. Se unen con pernos las costillas a la parte superior y se soportan con una solera temporalmente. El terreno entre costillas se mantiene en su lugar por medio de planchas de revestimiento y se rellenan las oquedades. Se usa en terrenos razonablemente firmes.

4.3.5 Método belga. En terreno firme se excava a la mitad superior del túnel, comenzando con una galería central desde el coronamiento hasta el arranque del arco. Esto se amplía en ambos lados, y el terreno se mantiene en su lugar con estacas transversales. Es posible avanzar con la excavación a una distancia considerable antes de continuar con el revestimiento del túnel.

Figura 3. Etapas de tunelación por método belga

Fuente. CIVILGEEKS. Túneles, planeación, diseño y construcción [en línea]. Bogotá: La Empresa [citado 1 abril, 2013]. Disponible en Internet: <URL: http://civilgeeks.com/2011/09/22/metodos-de-perforacion-de-tuneles/>

4.3.6 método alemán. Se hacen avanzar dos galerías inferiores, una en cada muro lateral. En estas galerías se construyen los muros hasta llegar al techo de las mismas. Sobre esto se excavan otras dos galerías y se continúa la construcción de los muros. Se añade una galería central superior que se ensancha hasta alcanzar las galerías laterales; el terreno sobre el arco queda apuntalado por maderos longitudinales y estacas transversales. Después de terminado el revestimiento del arco se remueve el resto del terreno.7

Figura 4. Etapas de tunelación por método alemán

Fuente. CIVILGEEKS. Túneles, planeación, diseño y construcción [en línea]. Bogotá: La Empresa [citado 1 abril, 2013]. Disponible en Internet: <URL: http://civilgeeks.com/2011/09/22/metodos-de-perforacion-de-tuneles/>

7 CIVILGEEKS. Túneles, planeación, diseño y construcción [en línea]. Bogotá: La Empresa [citado

1 abril, 2013]. Disponible en Internet: <URL: http://civilgeeks.com/2011/09/22/metodos-de-perforacion-de-tuneles/>

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4.4 SISTEMAS DE DRENAJE PARA TÚNELES Los túneles de carretera disponen de un sistema de drenaje para recoger las aguas superficiales de la calzada en las bocas, las de infiltración provenientes del terreno, el agua de lavado, los vertidos accidentales de un camión cisterna y el agua de lucha contra incendios. Cuando el transporte de mercancías peligrosas está permitido, el drenaje de líquidos tóxicos e inflamables constituye una mayor problemática. Los colectores específicos son esenciales para reducir el tamaño de las láminas de líquidos peligrosos susceptibles de formarse en el caso de derrame de un camión cisterna. Este sistema de drenaje puede tener un efecto importante sobre el tamaño del incendio resultante a consecuencia del derrame de líquidos inflamables. Los sistemas de drenaje constan de ranuras para recogida de líquidos contaminantes, canaletas, colectores, depósitos y bombas, separadores aceite-agua y sistemas de control para la recogida, almacenamiento, separación y eliminación de vertidos que podrían quedar en la calzada. En algunas ocasiones se especifica el uso de canales ranurados para maximizar la eficacia del drenaje. Los depósitos y bombas se sitúan habitualmente en las bocas y puntos bajos.8

4.5 FUNDACIONES POR PILOTES PARA TÚNELES Y SECCIONES TIPO TRINCHERA

La cimentación por pilotes se ha convertido en la forma más común de cimentar cualquier tipo de estructura. La ejecución es rápida y está muy mecanizada. Existen muchas técnicas de ejecución de pilotes, y muchas soluciones constructivas para el uso de los mismos. Se instalan aislados, en grupos, en línea formando una pantalla discontinua, con el fondo ensanchado o telescópico, pilotes contiguos, pilotes secantes, etc.

4.5.1 Pilote in situ de desplazamiento con azuche. Usualmente como pilotaje de poca profundidad trabajando por punta, apoyado en roca o capas duras de terreno, después de atravesar capas blandas. También como pilotaje trabajando por fuste y punta en terrenos granulares medios o flojos, o en terrenos de capas alternadas coherentes y granulares de alguna consistencia.

4.5.2 Pilote in situ de desplazamiento con tapón de gravas. Usualmente como pilotaje trabajando por fuste en terrenos granulares de compacidad media o en terrenos con capas alternadas coherentes y granulares de alguna consistencia.

8 TUNNELS. Asociación Internacional Permanente de los Congresos de la Carretera (AIPCR) [en

línea]. Paris: La Empresa [citado 1 abril, 2013]. Disponible en Internet: <URL: http://tunnels.piarc.org/tunnels/ressources/4/528,Chap-7.4-Structural-facilities-ES-v-.pdf>

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4.5.3 Pilote in situ de extracción con entubación recuperable. Este tipo de pilote se ejecuta excavando el terreno y utilizando una camisa (tubo metálico a modo de encofrado), que evita que se derrumbe la excavación. Una vez completado el vaciado, y según se va hormigonando el pilote, se va retirando gradualmente la camisa, que puede ser reutilizada nuevamente. Usualmente como pilotaje de poca profundidad trabajando por punta, apoyado en roca. También como pilotaje trabajando por fuste en terreno coherente de consistencia firme, prácticamente homogéneo.

4.5.4 Pilote in situ de extracción con camisa perdida. Se ejecuta por el mismo sistema del tipo in situ de extracción con entubación recuperable, con la diferencia de que la camisa metálica no se extrae, sino que queda unida definitivamente al pilote. La camisa se utilizará para proteger un tramo de los pilotes expuesto a la acción de un terreno agresivo al hormigón fresco o a un flujo de agua. La longitud del tubo que constituye la camisa será tal que, suspendida desde la boca de la perforación, profundice dos diámetros por debajo de la capa peligrosa. 4.5.5 Pilote in situ perforado sin entubación con lodos tixotrópicos. Es un pilote de extracción, en el que la estabilidad de la excavación se confía a la acción de lodos tixotrópicos. Usualmente como pilotaje trabajando por punta, apoyado en roca o capas duras de terreno. Cuando se atraviesen capas blandas que se mantengan sin desprendimientos por efecto de los lodos. 4.5.6 Pilote in situ barrenado sin entubación. Usualmente como pilotaje trabajando por punta, apoyado en capa de terreno coherente duro. También como pilotaje trabajando por fuste en terreno coherente de consistencia firme prácticamente homogéneo o coherente de consistencia media en el que no se produzcan desprendimientos de las paredes. 4.5.7 Pilote in situ barrenado y hormigonado por tubo central de barrena. Usualmente como pilotaje trabajando por punta, apoyado en roca o capas duras de terreno. También como pilotaje trabajando por fuste y punta en terrenos de compacidad o consistencia media, o en terrenos de capas alternadas coherentes y granulares de alguna consistencia Se trata de pilotes por desplazamiento de las tierras por medio de una barrena continua. Posteriormente se ejecuta el hormigonado por bombeo por el tubo central existente en el interior de la barrena. Este sistema resulta apropiado para suelos blandos e inestables y con presencia de agua. La armadura se introduce una vez perforado y hormigonado el pilote, por lo que genera el inconveniente de que debido a la densidad del hormigón, la longitud de armado no supera los 7,00- 9,00 m.

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4.5.8 Pilotes hincados. Consiste en introducir elementos prefabricados de hormigón similares a postes de luz o secciones metálicas por medio de piloteadoras en el suelo. Dichos elementos son colocados verticalmente sobre la superficie del terreno y posteriormente "hincados" en el piso a base de golpes de "martinete", esto hace que el elemento descienda, penetrando el terreno, tarea que se prolonga hasta que se alcanza la profundidad del estrato resistente y se produzca el "rechazo" del suelo en caso de ser un pilote que trabaje por "punta", o de llegar a la profundidad de diseño, en caso de ser un pilote que trabaje por "fricción".9

9 WIKIPEDIA. Normas Tecnológicas de Edificación (España), apartado NTE-CPI. Texto de la

disposición en el BOE [en línea]. Bogotá: La Empresa [citado 1 abril, 2013]. Disponible en Internet: <URL: http://es.wikipedia.org/wiki/Pilote_ (cimentacion)>

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5. RESULTADOS DE LA INVESTIGACIÓN 5.1 METODOLOGÍA UTILIZADA El proyecto se desarrolló de la siguiente manera: Fase 1: se realizó la búsqueda de información de las zonas de estudio por medio de fotografías, observación del sitio y planos obtenidos de algunas páginas web de la ciudad de Bogotá. Fase 2: se realizó la elaboración de dos planos en los cuales se situaron todas las redes de servicios públicos existentes del sitio en planta y perfil. Fase 3: se buscó información sobre tipos y métodos de tunelación y posteriormente se optó por uno de ellos el cual se va a proponer en el trabajo. Fase 4: por medio de un software se inició el diseño del túnel con todas sus partes y elementos más importantes como lo es la bóveda, fundaciones, sistemas de drenaje y para las secciones que son en trinchera: el manejo de los taludes y muros de contención. Fase 5: se realizó un informe escrito el cual contiene todo el procedimiento desde la búsqueda de datos e información hasta el diseño que se eligió con sus respectivas conclusiones 5.2 USUARIOS DIRECTOS E INDIRECTOS POTENCIALES DE LOS RESULTADOS DE LA INVESTIGACIÓN Los actores de este proyecto y en si todos los ciudadanos de Bogotá tendrán un papel importante en los resultados de la investigación, debido a que este trabajo brinda una posibilidad de mejora en el sistema de movilidad de la ciudad y en caso de que se lograra implementar los beneficiarios serían los habitantes. Por esta razón ellos serían los usuarios directos potenciales de los resultados de la investigación. Para la realización de este proyecto se hicieron una serie de bosquejos o dibujos preliminares los cuales sirvieron para poder llegar a una determinación concreta del diseño final, en el cual el resultado fueron cuatro planos, unos de diseño, otros de ubicación y localización del sitio. 5.3 REDES DE SERVICIOS PÚBLICOS En el proceso de recopilación de datos se observaron y se localizaron las redes de servicios públicos existentes en la zona a intervenir. Esto con el fin de conocer la profundidad a la que se encontraban las tuberías y posos o cajas de inspección,

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especialmente los sistemas de alcantarillado ya que son los que pasan sobre el eje de la cerrera 30 y esta zona es la de interés para el estudio. Debido a que estos sistemas necesitan un tratamiento especial en la parte del manejo de aguas, tanto lluvias como subterráneas, fue necesario localizar la línea de tubería de aguas lluvias para que sirviera como desagüe de los posos de recolección del túnel. Las redes de servicios públicos encontrados en el sitio fueron:

Redes de alcantarillado de aguas negras y lluvias

Redes de acueducto (agua potable)

Redes de gas

Redes de ETB (Empresa de telecomunicaciones de Bogotá) 5.4 MÉTODOS DE CONSTRUCCIÓN El método que se va a utilizar para el estudio conceptual del túnel fue El nuevo método austriaco y para el sistema ferroviario a cielo abierto la elección fue implementar secciones en trinchera. Este proyecto está dividido principalmente en dos fases constructivas: la primera es la construcción del sistema ferroviario a cielo abierto y posteriormente la inclusión del túnel. Cada una de estas fases a su vez se divide en otras secundarias. 5.4.1 Planos realizados. Se realizaron 4 planos descritos a continuación. 5.4.1.1 Plano 1. Consta de tres dibujos: El primero es un plano topográfico en el cual está incluido: las curvas de nivel, la ubicación de las redes de servicios públicos, y el trazado con pilotes de la solución propuesta, este último cuenta con los pozos de recolección de aguas del sistema proyectado (véase el Anexo A). El segundo dibujo es un plano ortográfico el cual contiene el abscisado de la zona que se tomó como estudio que fue de 500 metros a lo largo de la línea ferroviaria, es decir 250 metros para cada lado, partiendo del centro de la intersección (véase el Anexo B). El tercer dibujo se refiere a la problemática del sitio, estas problemáticas están documentadas con fotografías y fueron las siguientes:

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La existencia de un caño de aguas negras al costado occidental de la carrera 30, el cual se encuentra sin barandas de protección y genera peligro para los peatones ya que tiene gran profundidad.

El paso del tren hace que el tráfico de vehículos se detenga, lo que ocasiona trancón momentáneo e impide el libre flujo de los vehículos por la carrera 30.

Se observa un notable deterioro del puente en la intersección por el que circula el tren actual.

En el canal se presenta mucha contaminación de basuras, las cuales dan mal aspecto del sitio y generan gran impacto ambiental (véase el Anexo C).

5.4.1.2 Plano 2 Secciones del sistema intermodal. Consta de tres secciones:

Sección transversal del sistema intermodal o estación de transporte a cielo abierto, sección en trinchera (véase el Anexo D).

Sección transversal del sistema intermodal subterráneo (véase el Anexo E).

sección longitudinal del sistema intermodal (véase el Anexo F). 5.4.1.3 Plano 3. En este plano se encuentran algunas de las fases constructivas propuestas en el proyecto, estas son:

Fase 1. Excavación para la construcción del sistema a cielo abierto. En esta fase se retira la capa vegetal existente y se inicia la excavación con un talud 3 a 2, cuando se llegue a la cota requerida que para este proyecto es de 2543 m.s.m. hincar pilotes en los costados de la excavación con un diámetro de 0.40 metros, los cuales ayudaran como fundación lateral de la estructura. En la cabecera de estos pilotes se fundirá una viga de amarre (véase el Anexo G).

Fase 2. Fundaciones para la construcción del sistema a cielo abierto. En esta fase se hincan dos pilotes juntos llamados secantes con una piloteadora y se ubican en la mitad de la sección, en la cabecera de estos pilotes se hace un refuerzo en concreto, ya que la caja de inspección de recolección de aguas no permite que lleguen hasta la losa. Luego se funde la losa de cimentación y se procede a instalar el geo textil con los tubos de drenaje que van a recolectar el agua proveniente del nivel freático alto y

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el agua filtrada del suelo, posteriormente se funden los muros de contención que irán a soportar el empuje de tierras laterales (véase el Anexo H).

Fase 3. Instalación del sistema de drenaje para la construcción a cielo abierto. Adecuar e instalar el sistema de recolección de aguas lluvias como cajillas y sumideros, los cuales canalizan las aguas hasta el túnel y posteriormente a los tanques de bombeo (véase el Anexo I).

Fase 4. Excavación del túnel Iniciar la excavación del túnel con maquinaria apropiada, también se comienza a hincar pilotes. En la parte superior de los pilotes y precisamente donde interceptan con el canal se tiene que hacer un refuerzo en concreto reforzado, para mejorar el soporte del canal (véase el Anexo J). 5.4.1.4 Plano 4. En este plano se encuentran algunas de las fases constructivas propuestas en el proyecto, estas son:

Fase 5. Instalación del sistema de drenaje para el túnel. Se construye el sistema de recolección de aguas para el túnel, con sus respectivas tuberías, cajas de inspección, sumideros y pozos de recolección, estos últimos irán cada 70 metros a lo largo del túnel, el agua almacenada será retirada por medio de un sistema de bombeo hasta el sistema de alcantarillado existente (véase el Anexo K).

Fase 6. Instalación de sistemas de rodamiento y recuperación de la vegetación por medio de reforestación. Esta fase es la última y es en la cual se instalan los sistemas de rodamiento, como son los rieles de circulación, además se siembran árboles y prado en donde sea posible (véase el Anexo L). 5.4.2 Desvíos propuestos. En la parte de la carrera 30 sentido norte sur únicamente se va a deshabilitar un carril, por lo tanto uno quedara habilitado y el desvío propuesto es tomar la calle 68 al occidente.

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6. ANÁLISIS DE RESULTADOS El estudio conceptual realizado para la intersección arrojo una serie de planos, los cuales son acorde al método utilizado, estos dibujos muestran los procesos constructivos para la implementación del sistema intermodal tanto para el túnel como para la construcción a cielo abierto, en ellos también se evidencia un diseño final arquitectónico del exterior y de cada uno de los elementos que componen el sistema intermodal. En los sistemas de drenaje las bombas de impulsión serán sumergibles y centrifugas. Para cada uno de los pozos de inspección el acceso será en la acera, en este punto se construirá una caceta de acceso. De llegar a optar por el sistema intermodal propuesto, el siguiente paso es realizar todos los estudios de suelos pertinentes y así determinar con mayor confiabilidad y exactitud los tipos de cimentación que llevaría este sistema intermodal. Posteriormente con el dibujo que ya se tiene hacer los demás diseños, estos pueden ser: diseños estructurales, hidráulicos y eléctricos

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7. CONCLUSIONES

Al adoptar el sistema intermodal mejorará la movilidad en la ciudad, debido a que estos sistemas ofrecen una mayor capacidad y mejor calidad en el servicio.

Los tiempos de viaje disminuirán lo que generaría una mayor satisfacción a los usuarios.

La incorporación de estos sistemas también impactará positivamente de forma visual el paisaje urbano al igual que el desarrollo económico y turístico de la ciudad.

El sistema también ofrece ventajas ambientales pues la energía utilizada es renovable al funcionar con electricidad.

Todos los sistemas de drenaje de aguas y estructura quedaran sujetos a un posterior diseño de ingeniería en caso de ser implementado el sistema intermodal.

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ANEXOS

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Anexo A. Localización de redes y ejes de pilotaje

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Anexo B. Plano ortográfico

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Anexo C. Registro fotográfico

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Anexo D. Sección transversal del sistema ferroviario

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Anexo E. Sección transversal de la intersección

40

Anexo F. Sección longitudinal del sistema intermodal

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Anexo G. Fase 1: excavacion

42

Anexo H. Fase 2: Fundiciones

43

Anexo I. Fase 3: Instalación sistema de drenajes trinchera

44

Anexo J. Fase 4: excavación del túnel

45

Anexo K. Fase 5: instalación sistema de drenaje túnel

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Anexo L. Fase 6: sistema de rodamiento y reforestación