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  1. 1. INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA UNIDAD ZACATENCO DISEÑO GEOTÉCNICO DE LA ESTACIÓN MEXICALTZINGO, LÍNEA 12 DEL METROPOLITANO. UBICADA EN LA INTERSECCIÓN DEL EJE 8 SUR Y CALZADA DE LA VIGA, IZTAPALAPA, MÉXICO D.F. T E S I S QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE INGENIERO CIVIL P R E S E N T A: MIGUEL ANGEL ORTEGA CERVANTES ASESOR Y DIRECTOR: ING. FELIPE SÁNCHEZ OCAMPO MÉXICO, D. F., JUNIO 2010
  2. 2. A mis padres, Virginia y José Antonio, por ser mi mayor inspiración y el soporte moral de mi vida; A mis hermanos, por el cariño, el respeto y la amistad que me han ofrecido en todo momento; A mis abuelos, por el amor que me han dado durante todos estos años; A mi Yosgores y amigos, por todos los momentos inolvidables; Al Ing. José Luís García Rubio, por el apoyo y la paciencia en mis primeros años en la práctica de la Ingeniería; Al Ing. Felipe Sánchez Ocampo, por el apoyo incondicional durante el proceso de gestación de este trabajo; A ICA, por ser parte fundamental de mi desarrollo profesional y por la información proporcionada para esta tesis.
  3. 3. ÍNDICE GENERAL ÍNDICE GENERAL Pág. INTRODUCCIÓN i I. ANTECEDENTES 1 I.1.Historia 1 I.2.Red 2 I.3.Descripción General del Proyecto de Estación 3 II. MARCO GEOLÓGICO 9 II.1. Marco Geológico Regional 9 II.1.1. Zona I. Lomas 9 II.1.2. Zona II. Transición 9 II.1.3. Zona III. Lacustre 9 II.2. Marco Geológico Local 9 II.2.1. Lago Virgen 9 II.2.2. Lago Centro I 10 II.2.3. Lago Centro II 10 III. ESTUDIOS GEOTÉCNICOS 11 III.1. Sondeo de cono eléctrico 12 III.2. Sondeo de tipo Mixto 12 III.3. Trabajos de Laboratorio 12 III.3.1.Pruebas Índice 13 III.3.2.Pruebas Mecánicas 14 IV. DISEÑO GEOTÉCNICO 17 IV.1. Falla General de Fondo 17 IV.1.1.Criterio NTC-DF 17 IV.1.2.Fórmula COVITUR 17
  4. 4. ÍNDICE GENERAL Pág. IV.2. Falla de Fondo por Subpresión 18 IV.3. Falla por Pateo 19 IV.4. Cálculo de Flotabilidad y Compensación 20 IV.5. Empuje de Tierras 20 IV.5.1.Corto Plazo 20 IV.5.2.Largo Plazo 21 IV.6. Capacidad de Carga de los Muros Milán 21 IV.7. Cálculo de Deformaciones 22 IV.7.1.Deformaciones por disipación de presión de poro 22 IV.7.2.Deformaciones Elásticas 22 IV.7.3.Resultados 23 IV.8. Sistema de Bombeo 24 IV.9. Estabilidad de Taludes 24 V. PROCEDIMIENTO CONSTRUCTIVO 25 CONCLUSIONES iii BIBLIOGRAFÍA v ANEXOS A. Gráficas de la Exploración Geotécnica. vi B. Cálculos Geotécnicos lv ÍNDICE DE FIGURAS lxvii ÍNDICE DE TABLAS lxx
  5. 5. INTRODUCCIÓN i DISEÑO GEOTÉCNICO DE LA ESTACIÓN MEXICALTZINGO, LÍNEA 12 DEL METROPOLITANO. UBICADA EN LA INTERSECCIÓN DEL EJE 8 SUR Y CALZADA DE LA VIGA, IZTAPALAPA, MÉXICO D.F.  INTRODUCCIÓN. En esta tesis se presenta el procedimiento de análisis y diseño geotécnico de la estación Mexicaltzingo. En el Capítulo I se hace una breve reseña histórica del diseño y construcción de Metro en la ciudad de México. En el Capítulo II se describen a grandes rasgos los marcos geológico-regional y geológico-local del sitio en estudio. En el Capítulo III se explica la metodología empleada y los estudios de campo realizados para la construcción de la estratigrafía. El Anexo A contiene las gráficas y resultados de laboratorio de la exploración geotécnica. Se presenta en el Capítulo IV el procedimiento de análisis geotécnico de la cimentación y de la excavación para alojarla. En el Anexo B se muestra el desglose de los cálculos hechos para dicho análisis. Finalmente en el Capítulo V se resumen los aspectos constructivos más relevantes de la edificación. o Objetivo General. Describir el procedimiento de diseño geotécnico de la Estación Mexicaltzingo de la Línea 12 del Metro del Sistema de Transporte Colectivo de la Ciudad de México. o Objetivos Específicos. Describir los antecedentes históricos de las líneas de Metro en la Ciudad de México, las características de cada una de ellas y dar una descripción general del proyecto en estudio. Enmarcar regional y localmente los aspectos geológicos más relevantes del sitio. Integrar los estudios geotécnicos que se llevaron a cabo para el conocimiento y construcción de la estratigrafía del sitio, que es parte fundamental para el diseño geotécnico. Detallar el procedimiento de cálculo realizado para el diseño geotécnico de la estación Mexicaltzingo. Mostrar las teorías, fórmulas y criterios utilizados para satisfacer dicho procedimiento de cálculo. Describir ampliamente el procedimiento constructivo de Subexcavación Mixta. o Planteamiento del Problema. Después de una serie de minuciosos estudios de origen – destino entre otros, se determinó la necesidad de la construcción de una nueva línea de Tren Metropolitano “Metro”. Esta, contempla en su recorrido, una estación en la zona de Mexicaltzingo localizada entre las delegaciones Coyoacán e Iztapalapa. El problema consiste en el Diseño Geotécnico de una estación subterránea bajo las difíciles condiciones geológicas y geotécnicas de la cuenca del Valle de México.
  6. 6. INTRODUCCIÓN ii o Justificación. A lo largo de la carrera de Ingeniería Civil se imparten asignaturas correspondientes a las áreas de Geotecnia y Mecánica de Suelos, que sirven como base para el diseño y revisión geotécnica de cimentaciones, excavaciones, etc. Este es un buen ejemplo práctico de la aplicación de lo visto en dichas asignaturas, pues se describe el procedimiento de diseño geotécnico de una estación subterránea de Metro y servirá como antecedente para trabajos futuros. o Hipótesis. Para una estructura de cajón subterráneo como la que se trata en esta tesis, la solución de diseño geotécnico de la cimentación consiste en revisar por algunas teorías o métodos la estabilidad de la excavación y de la estructura. Dicha revisión tiene esta secuencia:  Falla General del Fondo  Falla de Fondo por Subpresión  Falla por Pateo  Cálculo de Flotabilidad y Compensación  Empuje de Tierras  Capacidad de Carga de los Muros Milán  Cálculo de Deformaciones o Metodología. Para cumplir con los objetivos planteados al inicio de esta tesis, se lleva esta secuencia:  Recopilación de Información  Consulta con especialistas en el tema de diseño de obras para Metro, como personal de ICA (Ingeniería en Sistemas de Transporte Metropolitano), PMDF, el Instituto de Ingeniería de la UNAM, etc.  Una vez recopilada la información, se procedió al análisis geotécnico de la estación Mexicaltzingo, que como antes se menciona, consiste en:  Falla General del Fondo  Falla de Fondo por Subpresión  Falla por Pateo  Cálculo de Flotabilidad y Compensación  Empuje de Tierras  Capacidad de Carga de los Muros Milán  Cálculo de Deformaciones  Comparación y comprobación de resultados.  Presentación de resultados.
  7. 7. CAPÍTULO I. ANTECEDENTES 1 I. ANTECEDENTES. El Metro de la Ciudad de México, es un sistema de transporte público que sirve a extensas áreas del Distrito Federal y parte del Estado de México. Su construcción, operación y explotación está a cargo del organismo público descentralizado: Sistema de Transporte Colectivo. Se conoce coloquialmente como Metro. La palabra metro es una contracción de metropolitano o tren metropolitano. En 2006 ocupó el tercer lugar a nivel mundial en captación de usuarios al transportar a un promedio de 3,9 millones de pasajeros al día (en ocasiones superado por los metros de: Nueva York, Moscú y Tokio). También en ese año logró el quinto lugar a nivel mundial por la extensión de su red. I.1.Historia Las grandes ciudades se caracterizan por conflictos viales debidos a la elevada demanda de transporte e intensa actividad económica. El Distrito Federal inició el siglo XX con aproximadamente 540 mil habitantes y 800 vehículos para satisfacer su demanda de transporte. Para 1953 la población se había incrementado a 3,5 millones y en 1960 la cifra superaba los 4,5 millones. Para 1964 había una fuerte tendencia hacia los 5 millones de habitantes en contraste con las 7 200 unidades de transporte público que circulaban por la capital (casi un 40% de los viajes totales se hacían en el centro de la ciudad). Existen antecedentes poco documentados sobre las propuestas de trenes metropolitanos en la Ciudad de México: estudiantes de la Universidad Nacional Autónoma de México, en 1958, presentaron el proyecto de un monorriel para la Ciudad de México como tema de tesis; en 1960 Vicente S. Pedrero y Ramón C. Aguado presentaron al Departamento del Distrito Federal estudios de factibilidad para la construcción de un monorriel; y en 1965 José María Fernández desarrolló un proyecto para la construcción de un sistema de transporte elevado y subterráneo. El ingeniero Bernardo Quintana Arrioja (1919-1984), fundador de la empresa mexicana Ingenieros Civiles y Asociados, SA de CV, elaboró estudios que permitieron la creación de un anteproyecto, y posteriormente un proyecto, para la construcción de un sistema de transporte masivo en la Ciudad de México. La propuesta del proyecto se presentó en 1958 a Ernesto P. Uruchurtu, Regente de la Ciudad de México de 1952 a 1966, quien la rechazó al considerarla económicamente costosa. Además, el 28 de julio de 1957, un sismo de 7 grados en la escala Richter dañó diversos edificios del centro de la ciudad, hecho que provocó la desconfianza entre las autoridades para construir proyectos de grandes dimensiones como el presentado por Quintana. Quintana presentó nuevamente su proyecto de transporte en el sexenio de Gustavo Díaz Ordaz, Presidente de México de 1964 a 1970. De nueva cuenta el obstáculo resultó el costo elevado de la obra. Gustavo Díaz Ordaz decidió
  8. 8. CAPÍTULO I. ANTECEDENTES 2 aprovechar el acercamiento del presidente francés Charles de Gaulle hacia Latinoamérica. Alex Berger, empresario francés, entonces esposo de la actriz María Félix, amigo de Quintana, fungió como mediador entre los gobiernos francés y mexicano para la obtención del crédito. Como resultado de la negociación el gobierno mexicano cubrió el costo de la obra civil, estudios de geotecnia, diseño de estaciones, entre otros, y el gobierno francés la obra electromecánica. El 29 de abril de 1967 se publicó en el Diario Oficial de la Federación el decreto presidencial que crea el Sistema de Transporte Colectivo, organismo público descentralizado, para construir, operar y explotar un tren rápido subterráneo como parte del transporte público del Distrito Federal. En el cruce de Av. Chapultepec con la calle de Bucareli, el 19 de junio de 1967, se realizó la ceremonia de inicio de la obra para construir la línea 1 del Sistema de Transporte Colectivo. El 4 de septiembre de 1969 Gustavo Díaz Ordaz y Alfonso Corona del Rosal, Regente del Distrito Federal de 1966 a 1970, inauguraron formalmente el servicio entre las estaciones Chapultepec y Zaragoza. I.2.Red El Metro de la Ciudad de México cuenta con 11 líneas. Cada línea tiene asignado un número y un color distintivo (números del 1 al 9 y las letras A, B). El parque vehicular está formado por trenes de rodadura neumática de caucho a excepción de la línea A que emplea trenes de rodadura férrea. La extensión total de la red es de 201.388 kilómetros y posee un total de 175 estaciones de las cuales: 112 son de paso, 41 de transbordo y 22 terminales (11 de las terminales son de transbordo). El metro está construido de forma subterránea, superficial y viaducto elevado: 106 estaciones son subterráneas, 53 superficiales y 16 en viaducto elevado. 164 estaciones se encuentran en la Ciudad de México y 11 en el Estado de México. La línea 1 está integrada por 20 estaciones y su color distintivo es el rosa. Corre de Observatorio a Pantitlán. La línea 2 está integrada por 24 estaciones y su color distintivo es el azul. Está construida al centro de la Ciudad de México con dirección sur-norte de Taxqueña a Zócalo y dirección oriente-poniente de Allende a Cuatro Caminos. La línea 3 posee 21 estaciones y su color distintivo es el verde olivo. Corre de Indios Verdes a Universidad. La línea 4 está integrada por 10 estaciones y su identidad gráfica utiliza el color cian. Corre de Martín Carrera a Santa Anita.
  9. 9. CAPÍTULO I. ANTECEDENTES 3 La línea 5 está integrada por 13 estaciones y su color distintivo es el amarillo. Corre de Politécnico a Pantitlán. A la línea 6 la integran 11 estaciones y su color distintivo es el rojo. Corre del Rosario a Martín Carrera. La línea 7 está integrada por 14 estaciones y su color distintivo es el naranja. Corre del Rosario a Barranca del Muerto. La línea 8 está integrada por 19 estaciones y su color distintivo es el verde. Tiene dirección oriente-poniente entre las estaciones Constitución de 1917 y Atlalilco, y dirección norte-sur entre Escuadrón 201 y Garibaldi-Lagunilla. La línea 9 está integrada por 12 estaciones y su color distintivo es el café. Corre de Tacubaya a Pantitlán. La línea A está integrada por 10 estaciones y su color distintivo es el morado. Se distingue del resto de las líneas por tener trenes de 6 carros de rodadura férrea alimentados por catenaria. Por ese motivo también se le conoce como metro férreo o metro ligero. Corre de Pantitlán a La Paz. La línea B está integrada por 21 estaciones y es la única del sistema en utilizar en su identidad gráfica dos colores: verde y gris. Su trazo se localiza en el centro y nororiente de la Ciudad de México con dirección oriente-poniente de Buenavista a San Lázaro y dirección sur-norte de Ricardo Flores Magón a Ciudad Azteca. El proyecto de la Línea 12 considera la construcción de una vía de longitud total de 25 km, 20.278 km para servicio de pasajeros y lo restante para talleres y maniobras. Se localiza al sur de la Ciudad de México con dirección predominante oriente-poniente. Propone el color oro como identidad gráfica para celebrar el Bicentenario de la Independencia de México y el Centenario de la Revolución Mexicana, el uso de trenes (de 8 vagones) de rodadura férrea alimentados por catenaria y 20 estaciones, que son : Tláhuac, Tlaltenco, Zapotitlán, Nopalera, Olivos, San Lorenzo, Periférico Oriente, Calle 11, Santa María Tomatlán, San Andrés Tomatlán, Pueblo Culhuacán, Atlalilco, Mexicaltzingo, Ermita, Eje Central, Parque de los Venados, Zapata, 20 de Noviembre, Insurgentes sur y Mixcoac. El trazo de más de 24 km que originalmente se planteó subterráneo fue modificado para construir 2,8 km en modo superficial, 12 km en viaducto elevado, 2,8 km en cajón subterráneo y 7,8 km en túnel profundo. I.3.Descripción General del Proyecto de Estación. La estación Mexicaltzingo se encuentra por debajo del Eje 8 Sur Ermita Iztapalapa, teniendo la cabecera Oriente en el cruce con Calzada La Viga. La Estación sin contar las subestaciones eléctricas e instalaciones para empleados, tiene 154 metros de longitud, cuenta con 4 accesos y 2 niveles, el de Andén y el de Vestíbulo.
  10. 10. CAPÍTULO I. ANTECEDENTES 4 19.20 20.00 3.50 6.00 2.3723.60 1.80 2.753.90 1.65 NTC+2230.30 NTC+2228.44 NPT+2228.52 NPT+2228.62 NPT+2228.52 NTC+2230.30 NTC+2228.44 NTC+2230.30 NTC+2230.30 21 C G 0.50 59.87 IIIIII A'A BC B'C' 1.80 NPT+2228.88 NPT+2228.70 NPT+2228.52 NPT+2228.62 10.0010.00 EJEDETRAZO 2.00 3.95 4.354.35 6.50 EJEDETRAZO 8.04 154.00
  11. 11. CAPÍTULO I. ANTECEDENTES 5 B B 20.80 2.50 13.60 2.50 1.65 4.46 6.60 4.45 1.64 20.002.753.90 NPT+2220.90 NPT+2220.90 NPT+2220.90 NPT+2220.90 IIIIII EJEDETRAZO 4.63 3.95 12.40 EJEDETRAZO 2.29 NPT+2220.90 154.00
  12. 12. CAPÍTULO I. ANTECEDENTES 6 IIIIII 1.02 1.20 2.00 154.00
  13. 13. CAPÍTULO I. ANTECEDENTES 7 Fig. I.4. Corte Transversal B-B’
  14. 14. CAPÍTULO I. ANTECEDENTES 8 Fig. I.5. Corte Transversal C-C’
  15. 15. CAPÍTULO II. MARCO GEOLÓGICO 9 II. MARCO GEOLÓGICO. II.1. Marco Geológico Regional El subsuelo del Valle de México, se divide en tres zonas principales con las siguientes características generales (GDF, 2004): II.1.1. Zona I. Lomas, formadas por rocas o suelos generalmente firmes que fueron depositados fuera del ambiente lacustre, pero en los que pueden existir, superficialmente o intercalados, depósitos arenosos en estado suelto o cohesivos relativamente blandos. En esta zona, es frecuente la presencia de oquedades en rocas, de cavernas y túneles excavados en suelos para explotar minas de arena y de rellenos no controlados; II.1.2. Zona II. Transición, en la que los depósitos profundos se encuentran a 20 m de profundidad, o menos, y que está constituida predominantemente por estratos arenosos y limo-arenosos intercalados con capas de arcilla lacustre; el espesor de estas es variable entre decenas de centímetros y pocos metros; II.1.3. Zona III. Lacustre, integrada por potentes depósitos de arcilla altamente compresibles, separados por capas arenosas con contenido diverso de limo o arcilla. Estas capas arenosas son generalmente de medianamente compactas a muy compactas y de espesor variable de centímetros a varios metros. Los depósitos lacustres suelen estar cubiertos superficialmente por suelos aluviales, materiales desecados y rellenos artificiales; el espesor de este conjunto puede ser superior a 50 m. En la Fig. II.1. se muestra la zonificación geotécnica del valle de México. II.2. Marco Geológico Local La estación Mexicaltzingo se encuentra en la zona III. Dicha zona a su vez, se divide en 4 subzonas en función de los coeficientes a emplearse en el diseño por sismo, zona IIIa, IIIb, IIIc y IIId con coeficientes sísmicos de 0.40, 0.45, 0.40 y 0.30 respectivamente. (GDF, 2004). El sitio de estudio, localizado en la intersección del Eje 8 Sur Ermita Iztapalapa y Calzada de la Viga, forma parte de la subzona IIIb, por lo que le corresponderá un coeficiente de 0.45 cuando se diseñe por sismo. Por otra parte, y según lo indicado en el volumen 1 del Manual de Diseño Geotécnico de COVITUR (COVITUR, 1987), la Zona de Lago se divide en las siguientes 3 subzonas: II.2.1. Lago Virgen. Sector oriente del lago, cuyos suelos han mantenido sus propiedades mecánicas desde su formación; sin embargo, el desarrollo de esta zona de la ciudad, está incrementando las sobrecargas en la superficie y el bombeo profundo.
  16. 16. CAPÍTULO II. MARCO GEOLÓGICO 10 II.2.2. Lago Centro I. Está asociada al sector no colonial de la ciudad, que se desarrolló a partir de principios del siglo pasado y ha estado sujeto a sobrecargas generadas por construcciones pequeñas y medianas; II.2.3. Lago Centro II. Corresponde a la antigua traza de la ciudad, donde la historia de cargas aplicadas en la superficie ha sido muy variable; esta situación ha provocado que se encuentren arcillas fuertemente consolidadas por efecto de rellenos y grandes sobrecargas de construcciones aztecas y coloniales. Asimismo el intenso bombeo se refleja en el aumento general de la resistencia de los estratos de arcilla por efecto de la consolidación inducida. Según COVITUR, la estación Mexicaltzingo está en la Zona de Lago Centro II, debido a la influencia del templo Colonial de San Marcos Mexicaltzingo. Fig. II.1. Zonificación Geotécnica del Valle de México. (GDF, 2004)
  17. 17. CAPÍTULO III. ESTUDIOS GEOTÉCNICOS 11 III. ESTUDIOS GEOTÉCNICOS. Para la construcción de la estratigrafía del lugar, se realizaron varios estudios o sondeos en la zona de la estación. Dichos estudios se llevaron a cabo en 2 etapas de Exploración Geotécnica, una hecha en el año de 2001 para la Ingeniería básica de la licitación, y otra en 2008, una vez asignado el proyecto. La investigación del subsuelo de Mexicaltzingo consistió, además de reconocimientos geotécnicos de la zona en estudio, en las actividades siguientes: a) 2 sondeos de exploración con muestreo (Mixtos). (SM19, 21) b) Pruebas de laboratorio en las muestras recuperadas, para definir las propiedades físicas y mecánicas de los suelos. (SM19, 21) c) 1 Sondeo de Cono eléctrico. (SC 01) En la Figura III.1., se muestra la ubicación de dichos trabajos. Fig. III.1. Planta de ubicación de sondeos. A continuación se detallan los trabajos realizados durante la campaña de exploración geotécnica de la zona en estudio. Previo a la realización de todo sondeo se realizó un reconocimiento de la zona con el fin de detectar instalaciones tanto subterráneas, superficiales y aéreas, ubicando el sondeo en el sitio que menos interferencias tuvo.
  18. 18. CAPÍTULO III. ESTUDIOS GEOTÉCNICOS 12 III.1. Sondeo de cono eléctrico. SC-01. Una vez instalado el equipo, se verificó el buen funcionamiento del cono eléctrico, así como el de la consola de lectura, estos equipos se encuentran previamente calibrados en laboratorio. Ver ubicación en Fig. III.1. Después de la verificación se procedió a hincar el cono eléctrico desde la superficie hasta las profundidades indicadas mediante la aplicación de carga a través del sistema hidráulico de la máquina de perforación a una velocidad de penetración de 1 a 2 cm/s. De este sondeo se obtuvo un registro de la resistencia de punta que opone el suelo al ser penetrado cada 10 cm, así como la presión de poro a cada 5 metros. Los resultados procesados de las lecturas se presentan en una gráfica de resistencia de punta contra profundidad, con escala de 100 Kg/cm2 , dicha gráfica está interpretada identificando y describiendo los estratos o formaciones detectadas. Se presenta también la gráfica de las presiones de poro registradas. Ver Anexo A. III.2. Sondeo de tipo mixto. SM-19 y SM-21 Los sondeos de tipo mixto consistieron en utilizar la técnica de penetración estándar. Con esta técnica se obtiene un registro de número de golpes necesarios para penetrar tramos de 60 cm, y además, recuperar muestras alteradas. Ver ubicación en Fig. III.1. Adicionalmente a cada tres metros de separación se realizó un muestreo de tipo inalterado utilizando tubos de pared delgada (Tubo Shelby), los cuales se utilizaron en buenas condiciones, es decir con un extremo afilado y el otro extremo con cabeza roscada que los sujeta al extremo de las barras de perforación. Las muestras recuperadas se identificaron señalando el número de sondeo, numero de muestra, profundidad, clasificación visual y clasificación al tacto. Dichas muestras se empacaron en campo de manera adecuada para evitar que se dañaran o perdieran humedad, trasladándolas de manera periódica al laboratorio de mecánica de suelos. Finalmente, con la información recabada, se realizó un perfil estratigráfico de cada sondeo identificando y describiendo los estratos detectados, teniendo además los resultados de las pruebas realizadas a las muestras recuperadas, clasificación SUCS, porcentaje (%) de las fracciones de gravas, arenas y finos y profundidad del NAF. Ver Anexo A. III.3. Trabajos de Laboratorio Los trabajos de laboratorio se programaron para obtener los parámetros geotécnicos necesarios para el proyecto y consistieron en la determinación del contenido de humedad, límites de consistencia y densidad de sólidos; en las
  19. 19. CAPÍTULO III. ESTUDIOS GEOTÉCNICOS 13 muestras inalteradas se realizaron ensayes de compresión triaxial no consolidada no drenada (UU) y consolidación unidimensional. Ver Anexo A. III.3.1.Pruebas índice. Los trabajos en el laboratorio se iniciaron con la clasificación macroscópica de todas las muestras, atendiendo a su color, textura, resistencia en estado seco, y reacción del agua contenida en el suelo al agitarse (dilatancia). Una vez obtenida la clasificación macroscópica, se procedió a efectuar un programa detallado de los ensayes a realizar sobre las muestras, tomando en cuenta las características del suelo y las del proyecto en estudio. Así pues, a cada muestra se le determinaron las siguientes propiedades índice:  Contenido de humedad.  Limites de consistencia.  Densidad de sólidos Contenido de humedad De las propiedades índice, primeramente se determina el contenido natural de agua (W%), siendo esta una relación gravimétrica, permite predecir cualitativamente el comportamiento mecánico del suelo. El contenido de humedad es la relación entre la masa del agua y la masa de los sólidos en una determinada masa de suelo, expresada generalmente en porcentaje de la masa de los sólidos del material; así, primeramente se pesa una fracción representativa de cada muestra de suelo en su estado natural, posteriormente se seca en horno dicha fracción a temperatura constante de 110°C hasta llegar a masa constante. La masa del agua se calcula como la diferencia entre las masas de la muestra antes y después de secada al horno. Finalmente, el cociente de la masa del agua entre la masa de la fracción del suelo seco, proporciona el contenido de humedad, el cual se reporta como porcentaje en cada resumen de propiedades, formándose así un perfil de humedades con respecto a la profundidad. Límites de consistencia Los límites de consistencia o de Atterberg se realizan con la finalidad de precisar el contenido de agua que marca el límite entre los estados líquido, plástico y semisólido del suelo. Los ensayes se llevan a cabo en la fracción de suelo que pase por la malla No. 40; los límites determinados son el líquido y el plástico, utilizando en ambos el método estandarizado por A. Casagrande, con la diferencia numérica entre ambos límites se determina el índice de plasticidad. Con los resultados de las pruebas antes descritas se clasifica el suelo con base en la propuesta de clasificación del Sistema Unificado de Clasificación de Suelos “SUCS”. (Bowles, 1986)
  20. 20. CAPÍTULO III. ESTUDIOS GEOTÉCNICOS 14 Límite líquido Se define como el contenido de humedad expresado en por ciento con respecto a la masa seca de la muestra, con la cual el suelo cambia del estado liquido al plástico; para su obtención primeramente, se ajusta el dispositivo de ensaye (copa de Casagrande) de tal manera que tenga una altura de caída de 1 cm y posteriormente se toman 150 g de material preparado con 24 horas de anticipación, el cual es amasado con cierto contenido de humedad, este material se coloca en una superficie lisa y se mezcla con una espátula y una pequeña cantidad de agua, hasta hacer una mezcla homogénea y moldeable; aproximadamente 50 g de la mezcla se colocan con la espátula en la copa de Casagrande, formando una superficie alisada con espesor de 1 cm en la parte de máxima profundidad, una vez colocada, se hace una ranura en el centro de la muestra con un solo movimiento suave y continuo inclinando el ranurador de manera que siempre permanezca perpendicular a la superficie interior de la copa, hecha la ranura se acciona la copa a razón de dos golpes por segundo verificando que el material se cierre 1/2" entre los 6 y 35 golpes, se toman aproximadamente 10 g del suelo en la zona próxima a la ranura cerrada y se determina el contenido de agua como se describió antes, posteriormente se repiten los pasos antes descritos con diferentes contenidos de humedad, una vez conocidos los contenidos de humedad de al menos 4 puntos se ubican y se unen en una gráfica de número de golpes contra contenido de humedad, definiéndose el límite liquido como la humedad que intercepta la recta antes formada con el punto de los 25 golpes. Límite plástico Se define como el contenido de humedad expresado en por ciento con respecto al peso seco de la muestra secada al horno, para el cual el suelo pasa de un estado semisólido a un estado plástico; para determinarlo se hace uso del material que, mezclado con agua sobra de la prueba de limite líquido, dejando que se evapore la humedad por mezclado hasta que se tenga una mezcla plástica que sea fácilmente moldeable, se amasa formando una tira rolándola repetidamente tantas veces como sea necesario hasta que se reduzca gradualmente la evaporación, y la tira forme un cilindro de aproximadamente 3.2 mm de diámetro, cuando este cilindro tenga el diámetro y empiece a agrietarse se dividirá y las partes se colocaran entre dos vidrios de reloj, y se determinará su contenido de humedad como se describió anteriormente. Estos pasos se repiten al menos tres veces y el promedio de las humedades, en por ciento, determina el limite plástico. III.3.2.Pruebas Mecánicas Con los trabajos de exploración se recuperaron muestras inalteradas en tubo Shelby de 4 pulgadas, realizándose en el laboratorio de Mecánica de Suelos un programa de ensayes para determinar las propiedades físicas, mecánicas y la relación esfuerzo-deformación-tiempo de dichas muestras.
  21. 21. CAPÍTULO III. ESTUDIOS GEOTÉCNICOS 15 Las propiedades mecánicas fueron obtenidas con los siguientes ensayes:  Compresión triaxial no consolidada-no drenada (UU).  Consolidación unidimensional. Compresión triaxial no consolidada-no drenada. Se preparan tres especímenes cilíndricos de aproximadamente 35 mm de diámetro y 80 mm de altura, procedentes de las muestras inalteradas, a las cuales se les determinan su masa y geometría, con lo cual se define su masa volumétrica húmeda, posteriormente, cada uno de los cilindros se coloca en el interior de una membrana impermeable sobre la base inferior de la cámara triaxial, sujetando esta a la parte inferior de la membrana, en la parte superior de la probeta se coloca un cabezal, el cual también se fija con la membrana; tanto el cabezal como la base están provistos de piedras porosas que sirven de filtro, quedando conectados estos a tubos delgados provistos de válvulas que permiten gobernar la salida o entrada de agua al espécimen. Una vez preparadas las muestras se colocan en un marco de carga, y se procede a ensayar, aplicando una presión de agua a la cámara, la cual se transmite hidrostáticamente al espécimen actuando sobre la membrana y la muestra de suelo. Las válvulas se cierran antes de aplicar la presión al agua, y permanecen cerradas durante el proceso de la prueba, posteriormente, se procede a cargar axialmente la muestra de suelo desde el exterior de la cámara, aplicando al vástago una carga creciente hasta alcanzar la falla. Los resultados progresivos se registran con medidores de carga y de deformación, que permiten graficar los resultados parciales, obteniendo así la curva esfuerzo-deformación. Consolidación Unidimensional. Para poder establecer las propiedades esfuerzo-deformación-tiempo del suelo ante los incrementos de carga que producirán las sobrecargas externas, y estar en posibilidad de evaluar el fenómeno de consolidación en los estratos compresibles, se realizan en el odómetro ensayes de consolidación unidimensional, obteniéndose con la prueba, la relación de vacios, carga de pre consolidación y coeficiente de compresibilidad volumétrica. Para este ensaye se labran probetas cilíndricas provenientes de muestras inalteradas tomando en cuenta la dirección en que se efectúa el flujo en el terreno, la probeta se labra sobre una plataforma giratoria y se introduce en un anillo de bronce de acuerdo a como se va labrando la probeta, una vez labrada esta, se coloca entre piedras porosas previamente saturadas, las cuales no tienen contacto con el anillo que contiene a la muestra, se instala el conjunto de muestra-anillo- piedras porosas, sobre el banco de consolidación quedando el consolidómetro perfectamente centrado con respecto a la muestra, sobre la piedra porosa superior se coloca una placa metálica con una concavidad al centro y sobre la concavidad un balín, el cual transmite uniformemente la carga que se aplica sobre el espécimen, sobre el conjunto se coloca un puente con micrómetro para proceder
  22. 22. CAPÍTULO III. ESTUDIOS GEOTÉCNICOS 16 inmediatamente a la aplicación de las cargas en el dispositivo de consolidación, la cual se coloca de acuerdo a los esfuerzos que previamente se determinan, después se anota la lectura inicial del micrómetro antes de aplicar la carga, la fecha y la hora, al mismo tiempo se coloca la carga y se registran las lecturas del micrómetro en tiempos preestablecidos, con estas lecturas se define la curva deformación-tiempo, y una vez determinada esta, se procede a aplicar el siguiente incremento de carga, que sumando al anterior, origina una nueva presión sobre la pastilla; alcanzada la presión efectiva correspondiente, previamente determinada, se le agrega agua para lograr su saturación; se repiten los pasos de incrementos de carga hasta llegar a la presión predeterminada de acuerdo a las necesidades de proyecto, posteriormente, se procede a realizar la descarga, la cual se hace en forma inversa a la de carga, finalmente, se determina su contenido de humedad conforme a lo indicado en el punto referente a “contenido de humedad”, anteriormente descrito. Con los datos obtenidos se traza la curva de compresibilidad. Ver Anexo A. Ver gráficas de la exploración geotécnica, estratigrafía y resultados de laboratorio en Anexo A.
  23. 23. CAPÍTULO IV. DISEÑO GEOTÉCNICO 17 IV. DISEÑO GEOTÉCNICO. La verificación geotécnica de la estabilidad de la Estación Mexicaltzingo se realizó revisando las 2 variantes de Muro Milán, el Muro 1 que corresponde a los muros Milán de las zonas de accesos y el Muro 2 correspondiente al cuerpo principal de la estación. IV.1. Falla General de Fondo Se ha realizado la comprobación del mecanismo de falla en la que el suelo tiende a “emerger” de forma plástica desde el fondo de la excavación. Las fórmulas generales de verificación son las siguientes: IV.1.1.Criterio NTC-DF. Verificar la siguiente relación de acciones y resistencias de acuerdo al inciso 5.1.3 de las NTC (GDF, 2004) Donde: = Presión vertical total actuante en el suelo a la profundidad de excavación. = Cargas Factorizadas = Resistencia al mecanismo del suelo. Las NTC-DF suponen una superficie de falla circular bajo la excavación con un radio de falla igual al ancho de excavación. En la Tabla IV.1. se muestran los resultados del cálculo. El desglose de los mismos se muestra en el Anexo B. Hp (m) He (m) B' (m) L (m) Cumple Muro 1 5.00 7.00 14.70 62.40 12.75 < 13.63 Si Muro 2 8.00 18.50 20.80 62.40 26.65 < 42.72 Si Tabla IV.1. Resultados de Falla de Fondo por NTC-DF. Se puede apreciar que la excavación es segura para las condiciones presentadas en la Tabla IV.1. IV.1.2.Formula COVITUR. Se calcula mediante la expresión siguiente (COVITUR, 1987):
  24. 24. CAPÍTULO IV. DISEÑO GEOTÉCNICO 18 Donde: = Resistencia del suelo y la estructura a la falla de fondo. = Presiones movilizadoras del bloque probable de falla. Este mecanismo supone una superficie de falla General, a una distancia “B” de la Pata. Variando la posición de la superficie de falla (“B”), se puede obtener el factor de seguridad mínimo para la excavación. La revisión de este mecanismo se debe de cumplir con un factor de seguridad mínimo de 1.40. En la Tabla IV.2. se muestran los resultados. Altura de la pata Hp (m) Nivel Máximo de Excavación He (m) Ancho Total de excavación B' (m) Longitud de excavación L (m) Muro 1 5.00 7.00 14.70 62.40 1.51 Muro 2 8.00 18.50 20.80 62.40 2.27 Tabla IV.2. Resultados de Falla de Fondo por COVITUR. Como se puede apreciar en las Tablas IV.1. y IV.2., la excavación entre los cadenamientos 20+874.936 al 21+028.936 es segura a la luz de los análisis de falla de fondo en los criterios empleados. Ver desglose de los cálculos en Anexo B. IV.2. Falla de Fondo por Subpresión Cuando el gradiente hidráulico del terreno es mayor que el peso específico del suelo debajo de la excavación, pudiera darse un fenómeno de sifonamiento arriba del estrato arenoso próximo. La fórmula de análisis según COVITUR es la siguiente (COVITUR, 1987): Donde: = Resistencia por cortante y peso especifico del suelo. = presión de poro en el estrato arenoso bajo la excavación. Se observó que la excavación es propensa a la falla de fondo por Subpresión si no se dispone de un sistema de bombeo para reducir la presión de poro en el estrato arenoso.
  25. 25. CAPÍTULO IV. DISEÑO GEOTÉCNICO 19 Asumiendo que el bombeo puede efectivamente abatir el NAF un metro por debajo del fondo de la excavación, el factor de seguridad es mayor a 1.5, el cual es adecuado, como lo muestra la Tabla IV.3. En el Anexo B se puede revisar el desglose del cálculo de este mecanismo. Altura de la pata Hp (m) Nivel Máximo de Excavación He (m) Ancho Total de excavación B' (m) Muro 1 5.00 7.00 14.70 1.77 Muro 2 8.00 18.50 20.80 1.76 Tabla IV.3. Resultados de Falla de Fondo por Subpresión. IV.3. Falla por Pateo Corresponde a la revisión de la falla por momento flexionante de la pata debido al empuje pasivo del relleno por debajo de la línea de excavación. La fórmula de COVITUR es la siguiente (COVITUR, 1987): Donde: = presión pasiva actuante a nivel de la pata. = Momento resistente por resistencia al corte y peso del suelo a movilizar. Altura de la pata Hp (m) Nivel Máximo de Excavación He (m) Ancho Total de excavación B' (m) Muro 1 5.00 7.00 14.70 2.25 Muro 2 8.00 18.50 20.80 7.38 Tabla IV.4. Resultados de Falla por Pateo. La revisión de este mecanismo se cumple cuando el factor de seguridad es mayor a 1.5 según el manual de COVITUR (COVITUR, 1987). Como se puede apreciar en la Tabla IV.4., los muros Milán entre los cadenamientos 20+874.936 al 21+028.936 tienen un factor de seguridad adecuado.
  26. 26. CAPÍTULO IV. DISEÑO GEOTÉCNICO 20 IV.4. Cálculo de Flotabilidad y Compensación. La Compensación de la estación Mexicaltzingo se ha analizado para una sección representativa correspondiente al cuerpo central de la estación. Dicha sección se muestra en el Anexo B junto con el desglose de los cálculos de Flotabilidad y Compensación. Dentro del cálculo de la flotabilidad, se ha considerado: a) El Peso de la estructura. b) El efecto de la cohesión en las patas de los Muros Milán, con base a la formula de las NTC-DF, capitulo 3.6.1. (GDF, 2004) Se ha analizado el factor de seguridad de la estructura una vez que el bombeo ha sido suspendido. En este caso, la estructura tendrá un factor de seguridad satisfactorio de acuerdo al manual de COVITUR (COVITUR, 1987), con mínimos de 1.3 para las zonas de excavación hasta la losa de Vestíbulo y de Fondo. Ver Anexo B. Para una presión de sobrecompensación máxima de 7.44 ton/m2 (promedio en la estación), las expansiones elásticas máximas durante la excavación serán de 8.0 cm al centro de la estación y de hasta 7.5 cm en la colindancia de los muros Milán. Es, por tanto, predecible que las expansiones por excavación no afectarán a las estructuras aledañas: a una distancia de 3 m de los Muros Milán. Estas deformaciones se consideran aceptables según las NTC-DF (GDF, 2004). El análisis de la compensación de la estación se muestra en el Anexo B. IV.5. Empuje de Tierras Los muros de contención para la estación deberán ser diseñados estructuralmente para soportar los empujes de tierras, tanto a corto como a largo plazo. Para los fines de este apartado, “Largo plazo” implica el tiempo que le lleva a una formación arcillosa para disipar la presión de poro. “Corto plazo” es el tiempo asociado con la construcción de las obras. Las presiones del terreno sobre los muros Milán son función de densidad y resistencia al corte del suelo. En el cálculo de las presiones se realizaron dos casos de carga: IV.5.1.Corto plazo Empleando la ecuación de Rankine (Bowles, 1991), el empuje horizontal de la masa de suelo es producto del esfuerzo vertical total multiplicado por un coeficiente de presión de tierras, Ka, para el caso de una posible superficie de falla “Activa” del terreno. La ecuación puede escribirse como:
  27. 27. CAPÍTULO IV. DISEÑO GEOTÉCNICO 21 Donde: Ph = Presión horizontal activa de tierras = coeficiente de presión activa de tierras = (tan2 (45-ϕ/2)) C =cohesión no drenada de la arcilla. = esfuerzo efectivo al nivel del análisis. Ur = Presión de poro de la masa de suelo, medida de pruebas de campo. Se utilizaron las recomendaciones del Manual COVITUR (COVITUR, 1987) para el cálculo y geometría de la presión redistribuida por efecto del troquelamiento en los muros Milán. La distribución de presiones se puede consultar en el Anexo B. Las presiones calculadas incluyen la influencia de la sobrecarga, pero deberán factorizarse para su uso en el análisis estructural de los elementos. IV.5.2.Largo plazo La presión de tierras en reposo representa el estado de equilibrio de la masa de suelo en relación al muro una vez que se ha disipado el exceso de la presión de poro. El cálculo de esta presión es dada por la formula (Bowles, 1991): Donde Ph = Presión horizontal en reposo de tierras = coeficiente de presión de tierras en reposo = esfuerzo efectivo al nivel del análisis. Ur = Presión de hidrostática. El cálculo de la presión de tierras en reposo con el efecto de la presión hidrostática se puede ver en el Anexo B. Las presiones calculadas incluyen la influencia de la sobrecarga, que deberá factorizarse en el análisis estructural de los elementos. IV.6. Capacidad de Carga de los Muros Milán El proceso constructivo de la Estación requiere que la estación gravite, de forma temporal, sobre los Muros Milán mientras se ejecuta la losa de fondo. Dada la consistencia de las arcillas encontradas en el sitio de la obra, es necesario prolongar estos muros Milán hasta formaciones profundas. De los sondeos geotécnicos, se ha encontrado un estrato competente entre los 26.3m y los 28.6m de profundidad, identificado con el nombre de Unidad 7. El Muro Milán actuará como una cimentación profunda durante los trabajos de construcción de la Estación Mexicaltzingo, debiendo penetrar un metro en la capa
  28. 28. CAPÍTULO IV. DISEÑO GEOTÉCNICO 22 resistente (27.5 m de profundidad), para proporcionar una transferencia adecuada de cargas hacia el Terreno. Se analizó la condición de carga para el muro Milán típico, de 27.5 m de altura, para conocer su capacidad de carga según su profundidad de desplante. Para el análisis, se ha recurrido a las fórmulas y recomendaciones de las NTC-DF (GDF, 2004), fórmulas 3.11 a 3.14. Ver análisis en Anexo B. Con dichas fórmulas se debe cumplir la siguiente desigualdad: donde: IV.7. Cálculo de Deformaciones Con base en los datos geotécnicos disponibles, se han calculado las deformaciones probables en la obra en cuestión. La metodología de cálculo es la siguiente: IV.7.1.Deformaciones por disipación de la presión de poro La deformación por pérdida de presión de poro a un tiempo infinito fue calculada con la siguiente fórmula: Donde: ΔU = pérdida promedio de presión de poro (Gráfica de pérdida de presión de poro. Anexo A). mv = Coeficiente de compresibilidad volumétrica en el tramo virgen promedio del estrato. Este módulo fue correlacionado con la resistencia al cono eléctrico (qc vs. mv, Ver Anexo A) y verificada con las curvas de compresibilidad de la campaña de exploración geotécnica. H = Espesor del Estrato Compresible. IV.7.2.Deformaciones elásticas a) Deformación por capas. La deformación elástica debida a la aplicación de una descarga al terreno, de carácter inmediato por la excavación, fue calculada con la siguiente fórmula (Bowles, 1991): Donde: Δ = perdida de presión promedio debida a la descarga inducida por la excavación. Efectivos.
  29. 29. CAPÍTULO IV. DISEÑO GEOTÉCNICO 23 Es = Módulo elástico. H = Espesor del estrato compresible. b) Deformación superficial. La deformación elástica por la aplicación de una sobrecarga, de carácter inmediato, fue calculada con la formula de Timoshenko y Goodier (1951). (Bowles, 1991): Donde: q = Sobrecarga = Modulo elástico, relación de Poisson del suelo. Iw = Factores de forma. B= ancho de la excavación. IV.7.3.Resultados. a) Deformaciones elásticas esperadas Debido a la estratigrafía y la profundidad de la Estación Mexicaltzingo, las deformaciones asociadas al proceso constructivo son aceptables. b) Deformación regional y emersión máxima Se espera que la deformación máxima asociada en el escenario de la disipación total de la presión de poro actual por el proceso de consolidación regional sea menor a los 2.0 m para la vida útil del proyecto. Ante esta deformación y admitiendo una deformación de los estratos donde se apoyarán los muros Milán de la estación, la emersión máxima esperada es de entre 1.7m y 1.8m. Se sabe que la velocidad de este asentamiento es del orden de los 2 cm anuales. Si la tasa de deformación permanece igual o menor a la actual, la emersión media esperada es de 85cm al fin de la vida útil de la estructura (50 años). Esta deformación es compatible con la operación de las vías superficiales y las estructuras aledañas al implementarse un sistema periódico de nivelación (rasure del relleno compactado). c) Longitudes de excavación Del análisis mostrado en el Anexo B, la longitud máxima de excavación para una deformación por expansión elástica de 10 cm es de 20m.
  30. 30. CAPÍTULO IV. DISEÑO GEOTÉCNICO 24 IV.8. Sistema de Bombeo Se ha propuesto una red de pozos de bombeo de tipo eyector para el abatimiento del Nivel Freático a un mínimo de 1 m por debajo del Nivel Máximo de Excavación. Por el tipo de proceso constructivo y la geometría de la Estación, se propone una red de pozos que consta de dos ejes de bombeo equidistantes a cada 9.0 m transversal y longitudinalmente, tal como se muestra en el plano del Anexo B. IV.9. Estabilidad de Taludes La construcción de la estación Mexicaltzingo implica el uso de algunos taludes de transición entre etapas sucesivas de excavación. Como se muestra en el plano del proceso constructivo de la Estación, estas etapas de excavación tendrán transiciones de menos de 3.5m. Entre cada etapa de excavación deberá de conservarse un talud máximo 1:1, una altura máxima de 3.5m y una berma mínima entre etapas de excavación de 8m. La verificación de la estabilidad local de las bermas puede realizarse mediante la siguiente ecuación (Bowles, 1991): Para cada estrato, se ha calculado la altura máxima de la berma en suelos cohesivos para no provocar inestabilidad local. Utilizando un FS mínimo de 1.7 y una sobrecarga de 1.5 ton/m2, se tiene: zi (m) Zf (m) Nombre del Estrato Espesor (m) gsat (ton/m3) Cuu (Ton/m2) Hmax (m) 7.00 10.30 UNIDAD 2 3.30 1.17* 3.00 4.35 10.80 14.90 UNIDAD 3 4.10 1.18* 4.50 5.60 15.10 21.30 UNIDAD 4 6.20 1.16* 6.00 9.00 21.40 25.50 UNIDAD 5 4.10 1.24 10.00 14.00 25.50 27.50 UNIDAD 6 2.00 1.90 10.00 14.00 27.50 33.00 UNIDAD 7 5.50 1.90 10.00 14.00 Tabla IV.5. Alturas Máximas de Taludes. Por lo que la convención de un talud de altura máxima de 4.3m es adecuada. Deberán dejarse bermas entre los taludes excavados de un ancho igual a dos veces la altura, como mínimo, entre cortes sucesivos para evitar una falla global (en arcillas, la falla circular tiene radio igual a la altura de la excavación).
  31. 31. CAPÍTULO V. PROCEDIMIENTO CONSTRUCTIVO 25 V. PROCEDIMIENTO CONSTRUCTIVO. La Estación Mexicaltzingo será construida a base de un sistema de Muros Milán, losas y trabes de fondo y tapa y un relleno compactado para dar estabilidad a la sección del alojamiento subterráneo de la estación. El método constructivo se denomina “Subexcavación mixta”, que consta, a grandes rasgos, de las siguientes etapas: Una vez ejecutados los brocales y los Muros Milán, se procede a la ejecución del sistema de bombeo, que consiste en puntas eyectoras y que tiene la finalidad de mantener seco el sitio mientras se realizan los trabajos de excavación. Ver distribución de pozos en Anexo B. Etapa 1. Consiste en la excavación hasta el nivel inferior de Losa de Vestíbulo colocando troqueles conforme se descubra su punto de aplicación. Una vez descubierto el claro, se ejecuta la 1ª sección de losa de Vestíbulo. Ver Figs. V.1. y V.8. Etapa 2. El frente de excavación continúa su avance colocando troqueles conforme se descubre su punto de aplicación. Una vez que la sección anterior de la Losa de Vestíbulo haya alcanzado el 80% de su resistencia se procede a la colocación de cimbra y ejecución de la losa Tapa. A su vez, se ejecuta la siguiente sección de Losa de Vestíbulo. Ver Figs. V.2. y V.9. Etapa 3. Continúa la misma secuencia que en las etapas iniciales, alargando las etapas de excavación y estructuración. Retiro de troqueles en etapas iniciales. Ver Figs. V.3. y V.9. Etapa 4. Comienza la Subexcavación, o excavación por debajo de losa de Vestíbulo. Mientras tanto la estructuración de losa de Vestíbulo y losa Tapa lleva la misma secuencia que en las etapas iniciales. Ver Figs. V.4. y V.9. Etapa 5. Continúa la Subexcavación con taludes 1:1 y bermas de mínimo 10.00 m. Ver configuración de Subexcavación en la Fig. V.7. Ver Figs. V.5. y V.9.
  32. 32. CAPÍTULO V. PROCEDIMIENTO CONSTRUCTIVO 26 Etapa 6. Al alcanzar los niveles correspondientes, se cuela la losa de fondo y se sigue con la configuración se Subexcavación mostrada en la Fig. V.7. Ver Figs. V.6. y V.10. Anteriormente, las excavaciones para alojar o construir una estación subterránea, se hacían a cielo abierto, esto resultaba en una afectación por largos periodos de tiempo a las vialidades involucradas y en algunos casos en afectaciones a las construcciones vecinas debido a los tiempos en que la excavación permanecía abierta. El procedimiento de Subexcavación, es prácticamente nuevo en nuestro país, y la gran ventaja que tiene con respecto al procedimiento de excavación y construcción a cielo abierto, es que se puede rehabilitar la vialidad mientras se trabaja en los niveles inferiores de la estación. Como se puede apreciar en las figuras de este capítulo, se le llama Subexcavación Mixta, debido a que combina los procedimientos de excavación a cielo abierto (a nivel de Vestíbulo) y los de Subexcavación (bajo losa de Vestíbulo).
  33. 33. CAPÍTULO V. PROCEDIMIENTO CONSTRUCTIVO 27 Fig. V.1. Etapa 1.
  34. 34. CAPÍTULO V. PROCEDIMIENTO CONSTRUCTIVO 28 Fig. V.2. Etapa 2.
  35. 35. CAPÍTULO V. PROCEDIMIENTO CONSTRUCTIVO 29 Fig.V.3. Etapa 3.
  36. 36. CAPÍTULO V. PROCEDIMIENTO CONSTRUCTIVO 30 Fig. V.4. Etapa 4.
  37. 37. CAPÍTULO V. PROCEDIMIENTO CONSTRUCTIVO 31 Fig. V.5. Etapa 5.
  38. 38. CAPÍTULO V. PROCEDIMIENTO CONSTRUCTIVO 32 Fig. V.6. Etapa 6.
  39. 39. CAPÍTULO V. PROCEDIMIENTO CONSTRUCTIVO 33 Fig. V.7. Configuración del frente de excavación “I” bajo losa de Vestíbulo. Fig. V.8. Corte Transversal. Etapa 1.
  40. 40. CAPÍTULO V. PROCEDIMIENTO CONSTRUCTIVO 34 Fig. V.9. Corte Transversal. Etapa 2 a 5. Fig. V.10. Corte Transversal. Etapa 6.
  41. 41. CONCLUSIONES iii  CONCLUSIONES Como puede verificarse en los anexos de esta tesis, los muros Milán de la Estación Mexicaltzingo son estables ante los casos de falla con factores de seguridad mínimos superiores a los propuestos por las NTC-DF (GDF, 2004) y el manual COVITUR (COVITUR, 1987). Con el fin de dar seguridad a cada una de las fases del proceso constructivo, la estación será cimentada en muros Milán apoyados en un estrato competente localizado entre los 26 y los 28.5m de profundidad. El procedimiento mixto de construcción, considera la colocación de troqueles para auxiliar la excavación de la estación, sistema de bombeo, propuesta de frentes de avance y secuencia de excavación para garantizar las hipótesis y cálculos de este trabajo. Debido al proceso de extracción de agua del subsuelo del Valle de México, existe el potencial de hundimientos regionales importantes de hasta 2.0m. La estación podrá experimentar, entonces, una posible emersión de hasta 0.9m en 50 años. Esta información está basada en el estado de abatimiento de la presión piezométrica del lugar. Esta deformación es aceptable si es considerada dentro del proceso de mantenimiento de las vialidades que se encuentran sobre la estación misma. Como se puede ver en el análisis de los resultados, el diseño geotécnico de la estación Mexicaltzingo cumple con los parámetros que rigen el diseño y construcción de estructuras subterráneas, sin embargo al observar los resultados, se concluye que pueden optimizarse algunos procesos mediante algunas acciones que se mencionan más adelante. En el Capítulo III de esta tesis, se detallan los trabajos de exploración geotécnica ejecutados para conocer y construir la estratigrafía de la zona para posteriormente llevar a cabo el diseño geotécnico. De acuerdo a lo observado en estos procesos, se concluye que para zonas geotécnicas tan erráticas, se deben realizar campañas de exploración más minuciosas y amplias. Esto debido al inminente riesgo que corren las estructuras al estar desplantadas en estratos compresibles y a la influencia que pueden tener formaciones montañosas cercanas al sitio de interés, como es el caso de la estación Mexicaltzingo, donde se tiene la influencia del Cerro de la Estrella y de los rellenos arqueológicos del templo colonial de San Marcos Mexicaltzingo. La presencia profunda de las bases del Cerro, podría generar una transición abrupta en los materiales del subsuelo, lo cual puede reflejarse en hundimientos o desplazamientos diferenciales a lo largo de la estructura, si esta quedase desplantada en sus diferentes secciones sobre materiales de diferentes características.
  42. 42. CONCLUSIONES iv Asimismo, se pueden llevar a cabo estudios geofísicos, para corroborar a lo largo de la estructura las características dinámicas de los materiales encontrados en la exploración y poder predecir el comportamiento de los mismos. Debido a las condiciones del subsuelo y al gran peso que descarga la estructura al mismo, es necesario medir y controlar las deformaciones del suelo y de la estructura mediante el uso de la topografía y un sistema de instrumentación, que puede consistir en inclinometros, celdas piezométricas, plomos, niveles, etc. Esto debido a la necesidad de garantizar la seguridad y evitar daños a las construcciones colindantes. Por último cabe mencionar que en la obra, se pueden optimizar los procesos abriendo más frentes de excavación, siempre y cuando se cumplan las condiciones vertidas en esta tesis.
  43. 43. BIBLIOGRAFÍA v BIBLIOGRAFÍA Bowles, J. E. (1991). Foundations Analysis and design. Boston MS: McGraw-Hill. Braja M., D. (2001). Fundamentos de Ingeniería Geotécnica. U.S.A.: Thomson Learning. CFE. (1985). Manual de Diseño de obras civiles. Sección B. Geotecnia. México: C.F.E. CNA. (2000). Manual de Geotecnia en suelos inestables. México: CNA. COVITUR. (1987). Manual de Diseño Geotécnico. Volumen 1. México D.F. Díaz, A. (2005). Dinámica de Suelos. México: Limusa. Flores Berrones, R. (2001). Flujo de agua a través de los suelos. México: IMTA. GDF. (2004). Normas Técnicas Complementarias para el Diseño y Construcción de Cimentaciones. México D.F. González de Vallejo, L. (2004). Ingeniería Geológica. Madrid, España: Pearson Educational. Juárez Badillo, E., & Rico Rodríguez, A. (1991). Mecánica de Suelos. Tomo III. México: Limusa. SMMS. (2001). Manual de Cimentaciones Profundas. México: SMMS. Taméz, E. (2001). Ingeniería de Cimentaciones. México: TGC.
  44. 44. vi ANEXO A GRÁFICAS DE LA EXPLORACIÓN GEOTÉCNICA.
  45. 45. ANEXO A. GRÁFICAS DE LA EXPLORACIÓN GEOTÉCNICA vii Fig. A.1. Gráfica del SC-01. (Continúa).
  46. 46. ANEXO A. GRÁFICAS DE LA EXPLORACIÓN GEOTÉCNICA viii Fig. A.2. Gráfica del SC-01. (Termina).
  47. 47. ANEXO A. GRÁFICAS DE LA EXPLORACIÓN GEOTÉCNICA ix Fig. A.3. Gráfica de Presiones de poro.
  48. 48. ANEXO A. GRÁFICAS DE LA EXPLORACIÓN GEOTÉCNICA x Fig. A.4. Gráfica del SM-19. (Continúa).
  49. 49. ANEXO A. GRÁFICAS DE LA EXPLORACIÓN GEOTÉCNICA xi Fig. A.5. Gráfica del SM-19. (Termina).
  50. 50. ANEXO A. GRÁFICAS DE LA EXPLORACIÓN GEOTÉCNICA xii Sondeo Prof. (m) ss wi ei Gi m (gr/ cm3 ) SM-19 6,05 2,44 99 2,51 96 1,38 Descripción: Arcilla gris olivo con muy poca arena fina y microfósiles Fig. A.6. Curva de Compresibilidad del SM-19 a 6.05 m. 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 0.1 1.0 10.0 Relacióndevacíos,e Presión aplicada, p, kg/cm²
  51. 51. ANEXO A. GRÁFICAS DE LA EXPLORACIÓN GEOTÉCNICA xiii Sondeo Prof. (m) ss wi ei Gi m (gr/ cm3 ) SM-19 8,09 2,41 99 2,32 100 1,44 Descripción: Arcilla gris con microfósiles Fig. A.7. Curva de Compresibilidad del SM-19 a 8.09 m. 1.5 1.7 1.9 2.1 2.3 2.5 0.1 1.0 10.0 Relacióndevacíos,e Presión aplicada, p, kg/cm²
  52. 52. ANEXO A. GRÁFICAS DE LA EXPLORACIÓN GEOTÉCNICA xiv Sondeo Prof. (m) ss wi ei Gi m (gr/ cm3 ) SM-19 10,30 2,33 413 9,38 100 1,15 Descripción: Arcilla color café olivo con microfósiles. Fig. A.8. Curva de Compresibilidad del SM-19 a 10.30 m. 1.5 3.5 5.5 7.5 9.5 11.5 0.1 1.0 10.0 Relacióndevacíos,e Presión aplicada, p, kg/cm²
  53. 53. ANEXO A. GRÁFICAS DE LA EXPLORACIÓN GEOTÉCNICA xv Sondeo Prof. (m) ss wi ei Gi m (gr/ cm3 ) SM-19 12,20 2,43 368 8,93 100 1,14 Descripción: Arcilla color café rojizo con microfósiles. Fig. A.9. Curva de Compresibilidad del SM-19 a 12.20 m. 1.0 3.0 5.0 7.0 9.0 11.0 0.1 1.0 10.0 Relacióndevacíos,e Presión aplicada, p, kg/cm²
  54. 54. ANEXO A. GRÁFICAS DE LA EXPLORACIÓN GEOTÉCNICA xvi Sondeo Prof. (m) ss wi ei Gi m (gr/ cm3 ) SM-19 14,28 2,34 201 4,67 100 1,24 Descripción: Arcilla color gris con microfósiles. Fig. A.10. Curva de Compresibilidad del SM-19 a 14.28 m. 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 0.1 1.0 10.0 Relacióndevacíos,e Presión aplicada, p, kg/cm²
  55. 55. ANEXO A. GRÁFICAS DE LA EXPLORACIÓN GEOTÉCNICA xvii Sondeo Prof. (m) ss wi ei Gi m (gr/ cm3 ) SM-19 16,45 2,32 201 4,69 99 1,23 Descripción: Arcilla color gris olivo Fig. A.11. Curva de Compresibilidad del SM-19 a 16.45 m. 0.5 1.5 2.5 3.5 4.5 5.5 0.1 1.0 10.0 Relacióndevacíos,e Presión aplicada, p, kg/cm²
  56. 56. ANEXO A. GRÁFICAS DE LA EXPLORACIÓN GEOTÉCNICA xviii Sondeo Prof. (m) ss wi ei Gi m (gr/ cm3 ) SM-19 18,15 2,32 389 8,94 100 1,14 Descripción: Arcilla color gris olivo Fig. A.12. Curva de Compresibilidad del SM-19 a 18.15 m. 1.5 3.5 5.5 7.5 9.5 11.5 0.1 1.0 10.0 Relacióndevacíos,e Presión aplicada, p, kg/cm²
  57. 57. ANEXO A. GRÁFICAS DE LA EXPLORACIÓN GEOTÉCNICA xix Sondeo Prof. (m) ss wi ei Gi m (gr/ cm3 ) SM-19 20,20 2,32 231 5,44 99 1,19 Descripción: Arcilla olivo con manchas rojizas. Fig. A.13. Curva de Compresibilidad del SM-19 a 20.20 m. 1.5 2.5 3.5 4.5 5.5 6.5 0.1 1.0 10.0 Relacióndevacíos,e Presión aplicada, p, kg/cm²
  58. 58. ANEXO A. GRÁFICAS DE LA EXPLORACIÓN GEOTÉCNICA xx Sondeo Prof. (m) ss wi ei Gi m (gr/ cm3 ) sm-19 22,14 2,41 69 1,68 99 1,52 Descripción: Arcilla color gris con arena y microfósiles. Fig. A.14. Curva de Compresibilidad del SM-19 a 22.14 m. 0.9 1.1 1.3 1.5 1.7 1.9 0.1 1.0 10.0 Relacióndevacíos,e Presión aplicada, p, kg/cm²
  59. 59. ANEXO A. GRÁFICAS DE LA EXPLORACIÓN GEOTÉCNICA xxi Sondeo Prof. (m) ss wi ei Gi m (gr/ cm3 ) SM-19 24,30 2,39 251 5,97 100 1,20 Descripción: Arcilla olivo con microfósiles. Fig. A.15. Curva de Compresibilidad del SM-19 a 24.30 m. 0.0 2.0 4.0 6.0 8.0 10.0 0.1 1.0 10.0 Relacióndevacíos,e Presión aplicada, p, kg/cm²
  60. 60. ANEXO A. GRÁFICAS DE LA EXPLORACIÓN GEOTÉCNICA xxii Sondeo Prof. (m) ss wi ei Gi m (gr/ cm3 ) SM-19 29,42 2,34 209 4,81 100 1,24 Descripción: Arcilla gris olivo con microfósiles. Fig. A.16. Curva de Compresibilidad del SM-19 a 29.42 m. 2.0 2.8 3.6 4.4 5.2 6.0 0.1 1.0 10.0 Relacióndevacíos,e Presión aplicada, p, kg/cm²
  61. 61. ANEXO A. GRÁFICAS DE LA EXPLORACIÓN GEOTÉCNICA xxiii Fig. A.17. Prueba Triaxial del SM-19 a 8.20 m.
  62. 62. ANEXO A. GRÁFICAS DE LA EXPLORACIÓN GEOTÉCNICA xxiv Fig. A.18. Prueba Triaxial del SM-19 a 10.20 m.
  63. 63. ANEXO A. GRÁFICAS DE LA EXPLORACIÓN GEOTÉCNICA xxv Fig. A.19. Prueba Triaxial del SM-19 a 12.10 m.
  64. 64. ANEXO A. GRÁFICAS DE LA EXPLORACIÓN GEOTÉCNICA xxvi Fig. A.20. Prueba Triaxial del SM-19 a 16.35 m.
  65. 65. ANEXO A. GRÁFICAS DE LA EXPLORACIÓN GEOTÉCNICA xxvii Fig. A.21. Prueba Triaxial del SM-19 a 18.25 m.
  66. 66. ANEXO A. GRÁFICAS DE LA EXPLORACIÓN GEOTÉCNICA xxviii Fig. A.22. Prueba Triaxial del SM-19 a 20.30 m.
  67. 67. ANEXO A. GRÁFICAS DE LA EXPLORACIÓN GEOTÉCNICA xxix Fig. A.23. Prueba Triaxial del SM-19 a 22.25 m.
  68. 68. ANEXO A. GRÁFICAS DE LA EXPLORACIÓN GEOTÉCNICA xxx Fig. A.24. Prueba Triaxial del SM-19 a 24.20 m.
  69. 69. ANEXO A. GRÁFICAS DE LA EXPLORACIÓN GEOTÉCNICA xxxi Fig. A.25. Prueba Triaxial del SM-19 a 26.05 m.
  70. 70. ANEXO A. GRÁFICAS DE LA EXPLORACIÓN GEOTÉCNICA xxxii Fig. A.26. Prueba Triaxial del SM-19 a 29.30 m.
  71. 71. ANEXO A. GRÁFICAS DE LA EXPLORACIÓN GEOTÉCNICA xxxiii Fig. A.27. Gráfica del SM-21. (Continúa).
  72. 72. ANEXO A. GRÁFICAS DE LA EXPLORACIÓN GEOTÉCNICA xxxiv Fig. A.28. Gráfica del SM-21 (Termina).
  73. 73. ANEXO A. GRÁFICAS DE LA EXPLORACIÓN GEOTÉCNICA xxxv Fig. A.29. Curva de Compresibilidad del SM-21 a 4.82 m.
  74. 74. ANEXO A. GRÁFICAS DE LA EXPLORACIÓN GEOTÉCNICA xxxvi Fig. A.30. Curva de Compresibilidad del SM-21 a 7.94 m.
  75. 75. ANEXO A. GRÁFICAS DE LA EXPLORACIÓN GEOTÉCNICA xxxvii Fig. A.31. Curva de Compresibilidad del SM-21 a 11.42 m.
  76. 76. ANEXO A. GRÁFICAS DE LA EXPLORACIÓN GEOTÉCNICA xxxviii Fig. A.32. Curva de Compresibilidad del SM-21 a 15.02 m.
  77. 77. ANEXO A. GRÁFICAS DE LA EXPLORACIÓN GEOTÉCNICA xxxix Fig. A.33. Curva de Compresibilidad del SM-21 a 17.12 m.
  78. 78. ANEXO A. GRÁFICAS DE LA EXPLORACIÓN GEOTÉCNICA xl Fig. A.34. Curva de Compresibilidad del SM-21 a 19.12 m.
  79. 79. ANEXO A. GRÁFICAS DE LA EXPLORACIÓN GEOTÉCNICA xli Fig. A.35. Curva de Compresibilidad del SM-21 a 24.32 m.
  80. 80. ANEXO A. GRÁFICAS DE LA EXPLORACIÓN GEOTÉCNICA xlii Fig. A.36. Curva de Compresibilidad del SM-21 a 28.52 m.
  81. 81. ANEXO A. GRÁFICAS DE LA EXPLORACIÓN GEOTÉCNICA xliii Fig. A.37. Prueba Triaxial del SM-21 a 2.18 m.
  82. 82. ANEXO A. GRÁFICAS DE LA EXPLORACIÓN GEOTÉCNICA xliv Fig. A.38. Prueba Triaxial del SM-21 a 5.55 m.
  83. 83. ANEXO A. GRÁFICAS DE LA EXPLORACIÓN GEOTÉCNICA xlv Fig. A.39. Prueba Triaxial del SM-21 a 6.08 m.
  84. 84. ANEXO A. GRÁFICAS DE LA EXPLORACIÓN GEOTÉCNICA xlvi Fig. A.40. Prueba Triaxial del SM-21 a 8.10 m.
  85. 85. ANEXO A. GRÁFICAS DE LA EXPLORACIÓN GEOTÉCNICA xlvii Fig. A.41. Prueba Triaxial del SM-21 a 11.54 m.
  86. 86. ANEXO A. GRÁFICAS DE LA EXPLORACIÓN GEOTÉCNICA xlviii Fig. A.42. Prueba Triaxial del SM-21 a 13.28 m.
  87. 87. ANEXO A. GRÁFICAS DE LA EXPLORACIÓN GEOTÉCNICA xlix Fig. A.43. Prueba Triaxial del SM-21 a 15.20 m.
  88. 88. ANEXO A. GRÁFICAS DE LA EXPLORACIÓN GEOTÉCNICA l Fig. A.44. Prueba Triaxial del SM-21 a 18.98 m.
  89. 89. ANEXO A. GRÁFICAS DE LA EXPLORACIÓN GEOTÉCNICA li Fig. A.45. Prueba Triaxial del SM-21 a 22.60 m.
  90. 90. ANEXO A. GRÁFICAS DE LA EXPLORACIÓN GEOTÉCNICA lii Fig. A.46. Prueba Triaxial del SM-21 a 24.46 m.
  91. 91. ANEXO A. GRÁFICAS DE LA EXPLORACIÓN GEOTÉCNICA liii ig. A.47. Prueba Triaxial del SM-21 a 28.66 m.
  92. 92. ANEXO A. GRÁFICAS DE LA EXPLORACIÓN GEOTÉCNICA liv zi (m) Zf (m) Nombre del Estrato Espesor (m) γsat (ton/m3 ) Cuu (Ton/m2 ) ϕº 0,00 2,00 RELLENO 2,00 1,60 2,50 35,00 2,00 7,00 UNIDAD 1 5,00 1,51 2,50 35,00 7,00 10,30 UNIDAD 2 3,30 1,17 3,00 0,00 10,30 10,80 ARENA 0,50 1,80 0,00 34,00 10,80 14,90 UNIDAD 3 4,10 1,18 4,50 0,00 14,90 15,10 ARENA 0,20 1,80 0,00 34,00 15,10 21,30 UNIDAD 4 6,20 1,16 6,00 0,00 21,30 21,40 ARENA 0,10 1,18 0,00 34,00 21,40 25,50 UNIDAD 5 4,10 1,24 10,00 0,00 25,50 27,50 UNIDAD 6 2,00 1,90 10,00 35,00 27,50 33,00 UNIDAD 7 5,50 1,90 10,00 35,00 Tabla A.1. Estratigrafía general de la Estación Mexicaltzingo. Fig. A.48. Correlación entre mv, mr y qc.
  93. 93. lv ANEXO B. CÁLCULOS GEOTÉCNICOS
  94. 94. ANEXO B. CÁLCULOS GEOTÉCNICOS lvi Falla General de Fondo Fig. B.1. Esquema de Falla General de Fondo. m m m m T/m2 m T/m2 Geometría Restricciones He Hp Hm B q Fc L Hm/B B / L Cu FR Muro 1 7,00 5,00 12,00 14,70 2,00 62,40 0,82 0,24 3,00 0,7 Muro 2 18,50 8,00 26,50 20,80 2,00 62,40 1,27 0,33 8,47 0,7 COVITUR NTC-DF Nc Nc Muro 1 6,26 1,51 6,49 12,75 13,63 Muro 2 6,88 2,27 7,21 26,65 42,72 Tabla B.1. Cálculo de Falla General de Fondo.
  95. 95. ANEXO B. CÁLCULOS GEOTÉCNICOS lvii Falla de Fondo por Subpresión Fig. B.2. Esquema de Falla de Fondo por Subpresión. m m m m m m T/m3 T/m2 NAF B L Nme hp hw γs Cu Muro1 2,7 14,70 10,00 7,00 7,90 12,20 1,22 4,50 Muro 2 2,7 20,80 10,00 18,50 9,00 24,80 1,90 10,00 Ton Ton Ton P S U Muro 1 1411,05 1756,17 1793,40 1,77 Muro 2 3556,80 5544,00 5158,40 1,76 Tabla B.2. Cálculo de Falla de Fondo por Subpresión.
  96. 96. ANEXO B. CÁLCULOS GEOTÉCNICOS lviii Falla por Pateo Fig. B.3. Esquema de Falla por Pateo. Hp (m) d (m) D (m) Pa (T/m2 ) Pp (T/m2 ) Mt (T/m) Muro 1 5,00 3,00 8,00 7,75 11,18 62,00 2,25 Muro 2 8,00 3,00 11,00 20,00 50,76 220,00 7,38 Tabla B.3. Cálculo de Falla por Pateo.
  97. 97. ANEXO B. CÁLCULOS GEOTÉCNICOS lix Flotabilidad y Compensación Fig. B.4. Sección analizada. Ancho de la franja de análisis 20,8 m T/m3 m2 T/ml Elemento de la estructura Peso Volumétrico Área Peso Relleno compactado 1,65 40,00 66,00 Losa Tapa 2,40 23,04 55,30 Muros Milán 2,40 43,20 103,68 Empotre Sumergido -1,30 6,80 -8,84 Losa Vestíbulo 2,40 15,04 36,10 Losa de Fondo + Andenes 2,40 41,42 99,41 Peso de vías 1,30 Balasto 1,70 2,70 4,59 T/ml Relleno sobre Losa Fondo 2,20 8,50 18,70 Total Muros Interiores 2,40 4,08 9,79 386,02 Descompresión 26,00 T/m2 Presión de Estructura 18,56 T/m2 COMPENSACIÓN 7,44 T/m2 SOBRECOMPENSADO Tabla B.4. Cálculo de Compensación.
  98. 98. ANEXO B. CÁLCULOS GEOTÉCNICOS lx Para calcular la Flotabilidad se tomó en cuenta el peso de la estructura más la aportación de la cohesión en las patas de los Muros Milán contra el peso del agua desalojada durante las etapas constructivas. Resistencia por cohesión en las patas del Muro Milán. m m T/m2 Ton/ml Hp Long. Resistente Cu 8,00 32,00 8,47 189,73 FLOTABILIDAD Peso Estructural (We) 386,02 Ton/ml Resistencia en las patas (Rp) 189,73 Ton/ml Total 575,75 Ton/ml Peso de agua desalojada (Ww) 328,64 Ton/ml 1,75 NO FLOTA Tabla B.5. Cálculo de Flotabilidad.
  99. 99. ANEXO B. CÁLCULOS GEOTÉCNICOS lxi Empuje de Tierras Fig. B.5. Empujes de Tierras sobre el Muro Milán.
  100. 100. ANEXO B. CÁLCULOS GEOTÉCNICOS lxii Capacidad de carga de los Muros Milán He 18,50 m Capacidad de carga por Fricción (3,12) Hp 8,00 m Área Lateral del Milán 16,00 m2 Hm 26,50 m Adherencia pilote-suelo 8,47 T/m2 Espesor de Relleno 1,80 m Factor de resistencia Fr 0,70 - Espesor M. Milán 0,80 m Cf 94,86 T/ml Espesor Losa Tapa 1,20 m Espesor Losa Vestíbulo 0,80 m Capacidad de carga por punta (3,13 y 3,14) Ancho de Excavación 20,80 m Cohesión en el estrato 8,47 T/m2 Coeficiente Nc 13,00 - T/m3 m2 T/ml Esfuerzo efectivo en Hm 11,26 T/m2 Elemento de la estructura g Área Peso ϕ en el estrato 35,00 º Muro Milán 2,40 20,24 48,58 Coeficiente Nq 54,14 - Losa Tapa 2,40 12,48 29,95 Esfuerzo Total en Hm 35,07 T/m2 Relleno Compactado 1,65 18,72 30,89 Área de la punta 0,80 m2 Tráfico 1,00 10,40 10,40 Factor de resistencia FR 0,35 - Losa Vestíbulo 2,40 8,32 19,97 Cp 400,27 T/ml Total 139,78 Q*Fc 153,76 Cp+Cf 495,13 T/ml Tabla B.6. Cálculo de Capacidad de Carga del Muro Milán.
  101. 101. ANEXO B. CÁLCULOS GEOTÉCNICOS lxiii Cálculo de Deformaciones m m m m2 /T T/m2 T/m2 T/m2 cm TERRENO Zi Zf H mv U teórica U real ∆U UNIDAD 1 0,00 1,10 1,10 0,0000 0,00 0,00 0,00 0,00 UNIDAD 2 1,10 2,44 1,34 0,0000 0,00 0,00 0,00 0,00 UNIDAD 2 2,44 3,78 1,34 0,0000 1,08 1,10 0,02 0,00 UNIDAD 2 3,78 5,12 1,34 0,0000 2,42 2,40 0,02 0,00 UNIDAD 2 5,12 6,46 1,34 0,0000 3,76 3,70 0,06 0,00 UNIDAD 2 6,46 7,80 1,34 0,0000 5,10 5,10 0,00 0,00 UNIDAD 3 7,80 9,17 1,37 0,0261 6,47 6,50 0,03 0,11 UNIDAD 3 9,17 10,53 1,36 0,0261 7,83 7,80 0,03 0,11 UNIDAD 3 10,53 11,90 1,37 0,0261 9,20 8,80 0,40 1,43 ARENA 11,90 12,50 0,60 0,0000 9,80 9,50 0,30 0,00 UNIDAD 4 12,50 13,38 0,88 0,0186 10,68 10,40 0,28 0,46 UNIDAD 4 13,38 14,25 0,87 0,0186 11,55 11,30 0,25 0,40 UNIDAD 4 14,25 15,13 0,88 0,0186 12,43 11,50 0,93 1,52 UNIDAD 4 15,13 16,00 0,87 0,0186 13,30 11,50 1,80 2,91 ARENA 16,00 16,40 0,40 0,0000 13,70 10,90 2,80 0,00 UNIDAD 5 16,40 17,68 1,28 0,0143 14,98 9,90 5,08 9,30 UNIDAD 5 17,68 18,97 1,29 0,0090 16,27 8,40 7,87 9,14 UNIDAD 5 18,97 20,25 1,28 0,0090 17,55 7,00 10,55 12,15 UNIDAD 5 20,25 21,53 1,28 0,0070 18,83 5,60 13,23 11,85 UNIDAD 5 21,53 22,82 1,29 0,0070 20,12 4,00 16,12 14,56 UNIDAD 5 22,82 24,10 1,28 0,0070 21,40 3,50 17,90 16,04 ARENA 24,10 24,70 0,60 0,0000 22,00 2,90 19,10 0,00 UNIDAD 6 24,70 25,35 0,65 0,0097 22,65 2,60 20,05 12,64 UNIDAD 6 25,35 26,00 0,65 0,0097 23,30 2,20 21,10 13,30 ARENA 26,00 26,30 0,30 0,0000 23,60 1,70 21,90 0,00 UNIDAD 7 26,30 27,07 0,77 0,0000 24,37 1,00 23,37 0,00 UNIDAD 7 27,07 27,83 0,76 0,0000 25,13 0,60 24,53 0,00 UNIDAD 7 27,83 28,60 0,77 0,0000 25,90 0,00 25,90 0,00 TOTAL 105,92 Tabla B.7. Deformaciones por disipación de presión de poro.
  102. 102. ANEXO B. CÁLCULOS GEOTÉCNICOS lxiv m m m T/m3 T/m2 T/m2 cm TERRENO Zi Zf H γ Es ∆σ UNIDAD 1 0,00 1,10 1,10 1,60 350,0 1,76 0,55 UNIDAD 2 1,10 2,44 1,34 1,51 610,0 3,78 0,83 UNIDAD 2 2,44 3,78 1,34 1,51 610,0 4,47 0,98 UNIDAD 2 3,78 5,12 1,34 1,51 610,0 5,15 1,13 UNIDAD 2 5,12 6,46 1,34 1,51 610,0 5,83 1,28 UNIDAD 2 6,46 7,80 1,34 1,51 610,0 6,52 1,43 UNIDAD 3 7,80 9,17 1,37 1,18 220,0 6,76 4,21 UNIDAD 3 9,17 10,53 1,36 1,18 220,0 7,01 4,33 UNIDAD 3 10,53 11,90 1,37 1,18 220,0 7,26 4,52 ARENA 11,90 12,50 0,60 1,80 2000,0 7,74 0,23 UNIDAD 4 12,50 13,38 0,88 1,16 380,0 7,88 1,82 UNIDAD 4 13,38 14,25 0,87 1,16 380,0 8,02 1,84 UNIDAD 4 14,25 15,13 0,88 1,16 380,0 8,16 1,89 UNIDAD 4 15,13 16,00 0,87 1,16 380,0 8,30 1,90 ARENA 16,00 16,40 0,40 1,80 2000,0 8,62 0,17 UNIDAD 5 16,40 17,68 1,28 1,24 530,0 8,92 2,15 UNIDAD 5 17,68 18,97 1,29 1,24 530,0 9,12 2,22 UNIDAD 5 18,97 20,25 1,28 1,24 530,0 0,00 0,00 UNIDAD 5 20,25 21,53 1,28 1,24 530,0 0,00 0,00 UNIDAD 5 21,53 22,82 1,29 1,24 530,0 0,00 0,00 UNIDAD 5 22,82 24,10 1,28 1,24 530,0 0,00 0,00 ARENA 24,10 24,70 0,60 1,80 2000,0 0,00 0,00 UNIDAD 6 24,70 25,35 0,65 1,90 800,0 0,00 0,00 UNIDAD 6 25,35 26,00 0,65 1,90 800,0 0,00 0,00 ARENA 26,00 26,30 0,30 1,80 2000,0 0,00 0,00 UNIDAD 7 26,30 27,07 0,77 1,90 2440,0 0,00 0,00 UNIDAD 7 27,07 27,83 0,76 1,90 2440,0 0,00 0,00 UNIDAD 7 27,83 28,60 0,77 1,90 2440,0 0,00 0,00 TOTAL 31,50 Tabla B.8. Deformaciones elásticas por capas.
  103. 103. ANEXO B. CÁLCULOS GEOTÉCNICOS lxv m m m - T/m2 cm Kg/cm2 cm TERRENO Zi Zf H μ Es B q UNIDAD 1 0,00 1,10 1,10 0,25 350,0 1920,00 0,20 10,29 ok UNIDAD 2 1,10 2,44 1,34 0,35 610,0 1920,00 0,20 5,52 ok UNIDAD 2 2,44 3,78 1,34 0,35 610,0 1920,00 0,20 5,52 ok UNIDAD 2 3,78 5,12 1,34 0,35 610,0 1920,00 0,20 5,52 ok UNIDAD 2 5,12 6,46 1,34 0,35 610,0 1920,00 0,20 5,52 ok UNIDAD 2 6,46 7,80 1,34 0,35 610,0 1920,00 0,20 5,52 ok UNIDAD 3 7,80 9,17 1,37 0,40 220,0 1920,00 0,20 14,66 ok UNIDAD 3 9,17 10,53 1,36 0,40 220,0 1920,00 0,20 14,66 ok UNIDAD 3 10,53 11,90 1,37 0,40 220,0 1920,00 0,20 14,66 ok ARENA 11,90 12,50 0,60 0,25 2000,0 1920,00 0,20 1,80 ok UNIDAD 4 12,50 13,38 0,88 0,40 380,0 1920,00 0,20 8,49 ok UNIDAD 4 13,38 14,25 0,87 0,40 380,0 1920,00 0,20 8,49 ok UNIDAD 4 14,25 15,13 0,88 0,40 380,0 1920,00 0,20 8,49 ok UNIDAD 4 15,13 16,00 0,87 0,40 380,0 1920,00 0,20 8,49 ok ARENA 16,00 16,40 0,40 0,25 2000,0 1920,00 0,20 1,80 ok UNIDAD 5 16,40 17,68 1,28 0,40 530,0 1920,00 0,20 6,09 ok UNIDAD 5 17,68 18,50 0,82 0,40 530,0 1920,00 0,20 6,09 ok Tabla B.9. Deformaciones elásticas superficiales.
  104. 104. ANEXO B. CÁLCULOS GEOTÉCNICOS lxvi
  105. 105. ÍNDICE DE FIGURAS lxvii ÍNDICE DE FIGURAS Pág. Fig. I.1. Planta de Nivel Vestíbulo 4 Fig. I.2. Planta de Nivel Andén 5 Fig. I.3. Corte Longitudinal A-A’ 6 Fig. I.4. Corte Transversal B-B’ 7 Fig. I.5. Corte Transversal C-C’ 8 Fig. II.1. Zonificación Geotécnica del Valle de México 10 Fig. III.1. Planta de ubicación de sondeos 11 Fig. V.1. Etapa 1 27 Fig. V.2. Etapa 2 28 Fig. V.3. Etapa 3 29 Fig. V.4. Etapa 4 30 Fig. V.5. Etapa 5 31 Fig. V.6. Etapa 6 32 Fig. V.7. Configuración del frente de excavación 33 Fig. V.8. Corte Transversal Etapa 1 33 Fig. V.9. Corte Transversal Etapa 2 a 5 34 Fig. V.10. Corte Transversal Etapa 6 34 Fig. A.1. Gráfica del SC-01. (Continúa) vii Fig. A.2. Gráfica del SC-01. (Termina) viii Fig. A.3. Gráfica de Presiones de poro ix Fig. A.4. Gráfica del SM-19. (Continúa) x Fig. A.5. Gráfica del SM-19. (Termina) xi Fig. A.6. Curva de Compresibilidad del SM-19 a 6.05 m. xii Fig. A.7. Curva de Compresibilidad del SM-19 a 8.09 m. xiii Fig. A.8. Curva de Compresibilidad del SM-19 a 10.30 m. xiv
  106. 106. ÍNDICE DE FIGURAS lxviii Pág. Fig. A.9. Curva de Compresibilidad del SM-19 a 12.20 m. xv Fig. A.10. Curva de Compresibilidad del SM-19 a 14.28 m. xvi Fig. A.11. Curva de Compresibilidad del SM-19 a 16.45 m. xvii Fig. A.12. Curva de Compresibilidad del SM-19 a 18.15 m. xviii Fig. A.13. Curva de Compresibilidad del SM-19 a 20.20 m. xix Fig. A.14. Curva de Compresibilidad del SM-19 a 22.14 m. xx Fig. A.15. Curva de Compresibilidad del SM-19 a 24.30 m. xxi Fig. A.16. Curva de Compresibilidad del SM-19 a 29.42 m. xxii Fig. A.17. Prueba Triaxial del SM-19 a 8.20 m. xxiii Fig. A.18. Prueba Triaxial del SM-19 a 10.20 m. xxiv Fig. A.19. Prueba Triaxial del SM-19 a 12.10 m. xxv Fig. A.20. Prueba Triaxial del SM-19 a 16.35 m. xxvi Fig. A.21. Prueba Triaxial del SM-19 a 18.25 m. xxvii Fig. A.22. Prueba Triaxial del SM-19 a 20.30 m. xxviii Fig. A.23. Prueba Triaxial del SM-19 a 22.25 m. xxix Fig. A.24. Prueba Triaxial del SM-19 a 24.20 m. xxx Fig. A.25. Prueba Triaxial del SM-19 a 26.05 m. xxxi Fig. A.26. Prueba Triaxial del SM-19 a 29.30 m. xxxii Fig. A.27. Gráfica del SM-21. (Continúa) xxxiii Fig. A.28. Gráfica del SM-21 (Termina) xxxiv Fig. A.29. Curva de Compresibilidad del SM-21 a 4.82 m. xxxv Fig. A.30. Curva de Compresibilidad del SM-21 a 7.94 m. xxxvi Fig. A.31. Curva de Compresibilidad del SM-21 a 11.42 m. xxxvii Fig. A.32. Curva de Compresibilidad del SM-21 a 15.02 m. xxxviii Fig. A.33. Curva de Compresibilidad del SM-21 a 17.12 m. xxxix Fig. A.34. Curva de Compresibilidad del SM-21 a 19.12 m. xl
  107. 107. ÍNDICE DE FIGURAS lxix Pág. Fig. A.35. Curva de Compresibilidad del SM-21 a 24.32 m. xli Fig. A.36. Curva de Compresibilidad del SM-21 a 28.52 m. xlii Fig. A.37. Prueba Triaxial del SM-21 a 2.18 m. xliii Fig. A.38. Prueba Triaxial del SM-21 a 5.55 m. xliv Fig. A.39. Prueba Triaxial del SM-21 a 6.08 m. xlv Fig. A.40. Prueba Triaxial del SM-21 a 8.10 m. xlvi Fig. A.41. Prueba Triaxial del SM-21 a 11.54 m. xlvii Fig. A.42. Prueba Triaxial del SM-21 a 13.28 m. xlviii Fig. A.43. Prueba Triaxial del SM-21 a 15.20 m. xlix Fig. A.44. Prueba Triaxial del SM-21 a 18.98 m. l Fig. A.45. Prueba Triaxial del SM-21 a 22.60 m. li Fig. A.46. Prueba Triaxial del SM-21 a 24.46 m. lii Fig. A.47. Prueba Triaxial del SM-21 a 28.66 m. liii Fig. A.48. Correlación entre mv, mr y qc liv Fig. B.1. Esquema de Falla General de Fondo lvi Fig. B.2. Esquema de Falla de Fondo por Subpresión lvii Fig. B.3. Esquema de Falla por Pateo. lviii Fig. B.4. Sección analizada. lix Fig. B.5. Empujes de Tierras sobre el Muro Milán. lxi Fig. B.6. Distribución de pozos de Bombeo. lxvi
  108. 108. ÍNDICE DE TABLAS lxx ÍNDICE DE TABLAS Pág. Tabla IV.1. Resultados de Falla de Fondo por NTC-DF 17 Tabla IV.2. Resultados de Falla de Fondo por COVITUR 28 Tabla IV.3. Resultados de Falla de Fondo por Subpresión 19 Tabla IV.4. Resultados de Falla por Pateo 19 Tabla IV.5. Alturas Máximas de Taludes 24 Tabla A.1. Estratigrafía general de la Estación Mexicaltzingo liv Tabla B.1. Cálculo de Falla General de Fondo lvi Tabla B.2. Cálculo de Falla de Fondo por Subpresión lvii Tabla B.3. Cálculo de Falla por Pateo. lviii Tabla B.4. Cálculo de Compensación. lix Tabla B.5. Cálculo de Flotabilidad. lx Tabla B.6. Cálculo de Capacidad de Carga del Muro Milán. lxii Tabla B.7. Deformaciones por disipación de presión de poro. lxiii Tabla B.8. Deformaciones elásticas por capas. lxiv Tabla B.9. Deformaciones elásticas superficiales. lxv

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