2 Juan Küster Grupo Costanera

Experiencias de túneles
viales urbanos en Santiago
Juan Küster
Jose Miguel Galera
Concesionaria Costanera Norte
Vespucio Oriente II
Proyectista Subterra

Actuación Túnel Método Constructivo Longitud (m) Sección (m 2 )
Manquehue 1 NATM 250 205
Acceso Nor Oriente
Manquehue 2 NATM 2 x 647 85
Chamisero NATM 2 x 1.588 75
San Cristóbal San Cristóbal NATM 2 x 1.577 75
Santiago Centro Oriente. SCO 1 Vivaceta NATM (*) 580 90
Santiago Centro Oriente. SCO 2
Américo Vespucio Oriente. AVO I
Kennedy NATM (*) 1.150 200/250
CN – CS NATM (*) 292 80
Lo Saldes Fases (*) 70 90
Sector 1 NATM /Pique/C&C 2.168 115/150
Sector 2 C&C/Piques/NATM (*) 4.910 285
Américo Vespucio Oriente. AVO II Sector 1 NATM (*) /Alemán (*) 5.150 70-150-200-263 / 529
• Túneles urbanos en Santiago

Contenido
• Túnel Vivaceta (Santiago Centro Oriente 1, SCO1)
• Santiago Centro Oriente 2, SCO2
– Túnel Kennedy
– Túnel Lo Saldes
• Américo Vespucio Oriente
– AVO II
• Consideraciones generales para el diseño de túneles

1. Túnel Vivaceta
• El programa SANTIAGO CENTRO ORIENTE 1 incluyó, entre otras, la mejora del nudo entre la Costanera Norte y Ruta 5S,
mediante un enlace de unos 750 m con un túnel de 490 m, conocido como Túnel Vivaceta.

Túnel Vivaceta: condicionantes geológicos, geotécnicos e hidrogeológicos
Rellenos antrópicos
• El terreno está formado en su mayor parte por las gravas del río Mapocho con presencia de importantes rellenos antrópicos.
• La napa freática afecta al túnel en unos 60 m, a ambos lados del río.
• El túnel se ubica en una zona sísmica, siendo de aplicación una aceleración de acuerdo al Manual de Carreteras.

Túnel Vivaceta: excavación y sostenimiento
• Método Constructivo: NATM, en avance y destroza,
con uso sistemático de paraguas de micropilotes y
pata de elefante. Excavación con medios mecánicos.
• Sección funcional: dos pistas. La sección de
excavación es 85,4 m 2 (52.4/33.0 m 2 ), con una
anchura de 11 m.
• Soporte: 5 cm de sello, marcos HEB 120 a m, y 20 cm
de HP G35. Uso sistemático de pechuga y paraguas
formados por 25 micropilotes (Dperf =101 mm, Dext
=88,9 mm, Dint =75,9 mm) espaciados 0,4 m y con un
solape de 3 m.
Sostenimiento del túnel
(tramo sin contra bóveda estructural)

Túnel Vivaceta: diseño, evaluación de subsidencias
• El túnel discurre bajo estructuras existentes en la superficie
y en el subsuelo, con una cobertura extremadamente
pequeña: General Prieto (6,7 m) y Santa María (5,3 m),
Fermín Vivaceta (7,4 m), Viaductos de la Autopista Central
(10,3 m), colector en túnel (6,2 m), Costanera Norte (15,9
m), Autopista Central (8,7 m), y ducto de Metro (7,9 m).

Túnel Vivaceta: impermeabilización y revestimiento
• Se efectuó una impermeabilización parcial del túnel,
mediante geotextil y manta de PVC, entre las Dm 337
y 417, y en los 60 m ubicados a ambos lados del río.
• Además en estos 120 m, se ha considerado presión de
poros, lo que ha exigido considerar un revestimiento
estructural con contra bóveda.
• Adicionalmente, el revestimiento se ha comprobado
ante la acción sísmica según Manuel de Carreteras.
• Sobre el “sándwich” de impermeabilización y tras
colocar una malla tipo Acma, se proyectaron 10 cm de
hormigón proyectado (Sprayed Concrete Lining, SCL)
con fibras de polipropileno.
Revestimiento para los tramos con presión
de poros (tramo con contra bóveda)

Excavación en avance bajo paraguas y ejecución de la destroza por tramos alternos

Ejecución de la contra bóveda

Impermeabilización y revestimiento

Terminaciones

2. Túneles Santiago Centro Oriente 2
• El programa SANTIAGO CENTRO
ORIENTE 2 incluye tres túneles:
– Túnel Kennedy, de 1.150 m de
longitud.
– Túnel Costanera Norte – Costanera
Sur, de 292 m de longitud.
– Túnel Lo Saldes, de 65 m de
longitud.
• El Túnel Kennedy discurre paralelo a la avenida Kennedy, entre la antigua Rotonda Pérez Zujovic y Américo Vespucio. Existen dos
secciones, para 4 y 5 pistas de circulación; que conllevan anchos de excavación de más de 20 m y secciones superiores a 200 m 2 .

Túnel Kennedy: sección
funcional
• La sección 4 pistas posee unas dimensiones internas de
17,45 m de ancho y 11,30 m de alto; con una galería de
servicio inferior.
• En los primeros 50 m existe una sección de 5 pistas que
exige una anchura de 21,0 m y una altura de 11,8 m.
• Entre ambas hay una transición de 4,5 pistas.

Túnel Kennedy: condicionantes geológicos, geotécnicos e hidrogeológicos
• El terreno está formado en su mayor parte por las gravas del río Mapocho (segunda depositación)
• La napa freática se ubica cercana a la superficie, afectando al túnel.
• El túnel está en una zona sísmica, siendo de aplicación una aceleración de 0,3g. Durante la construcción tuvo lugar un sismo de
magnitud 8,4 Mw en Coquimbo (16-09-2015), sin generar ningún daño al sostenimiento primario en proceso de construcción.

Túnel Kennedy: fases constructivas (1/3)

Túnel Kennedy: fases constructivas (2/3)

Túnel Kennedy: fases constructivas (3/3)

Túnel Kennedy: sostenimiento primario

Túnel Kennedy: fases constructivas sección 5 pistas

Túnel Kennedy: revestimiento o secundario (1/4)
• El revestimiento posee un espesor variable de 20 a 40 cm dependiendo de la altura de la napa freática.
• Existen tres secciones estructurales:
– Sección A, 40 cm y fuertemente reforzada para agua por encima de clave,
– Sección B, 35 cm y cuantía media de armadura, para agua ubicada a la altura del túnel, y
– Sección C, 20 cm con doble malla ACMA para agua por debajo del túnel.
• Entre el sostenimiento y el revestimiento existe una impermeabilización tipo sándwich.
• Existe un sostenimiento terciario de 10 cm con fibra de polipropileno anti-incendio.
• La sección de 5 pistas, posee un revestimiento especial de 50 cm y fuerte armadura, que se ejecutó con SCL.

Túnel Kennedy: revestimiento o secundario (2/4)

Túnel Kennedy: revestimiento o secundario (3/4)

Túnel Kennedy: impermeabilización
Considerando la existencia de napa freática ubica cercana a la
superficie y su afectación directa al túnel, el diseño de la
impermeabilización considerado presenta las siguientes ventajas:
– evita goteos a la plataforma de circulación
– alarga la vida útil de los distintos elementos por los que
circule el agua, en especial a los hormigones.
– minimizan los caudales de bombeo durante la fase de vida
útil del túnel.
– Independiza el comportamiento y diseño estructural de los
espesores de hormigón correspondientes al sostenimiento
(primario) y al revestimiento (secundario), optimizando los
diseños de ingeniería.

Unión con galerías de evacuación peatonal

Portal Poniente

Portal Oriente

Túnel Kennedy: datos claves de la construcción
• La excavación comenzó el 24 de Octubre de 2014 y finalizó el 16 de Febrero de 2017, con un
avance promedio total de 1,4 m/día.
• La subsidencia máxima en superficie fue de 12,4 mm en la sección de 4-pistas (Dm1145) y de
12,8 mm para la de 5-pistas (Dm 1037).
• La convergencia máxima para la sección de 4-pistas fue de 14,4 mm (Dm 1465) con una
velocidad máxima de 3,66 mm/día.
• Los valores equivalentes para la sección de 5-pistas fueron de 57,52 mm (Dm 1070) y 2,03
mm/día.
• Los valores de máxima deformación estuvieron siempre asociados con la demolición del
soporte temporario.

Túnel Lo Saldes
• La longitud del túnel es de 61 m.
• El acceso al portal sur se realizó mediante una
estructura en trinchera formada por pilotes y
vigas de acodalamiento.
• El acceso al portal norte se ejecutó desde un
pique ovalado y, posteriormente, en “Cut and
Cover”. En este portal, tanto el pique como los
40 m del “side-drift” derecho.

Sección del Túnel Lo Saldes
• Sección característica del túnel alberga tres
carriles de 3,5 m de ancho cada uno.
• Las dimensiones interiores útiles son 14,0 m de
ancho y 5,7 m de altura máxima, respetando
un galibo de 4,5 m.
• La alineación del túnel discurre bajo el eje Kennedy con una cobertera extremadamente pequeña, que impide
la adopción de una sección convencional.
• La cobertura varía entre 4,7 m en el Portal Norte hasta únicamente 1,6 m en el Portal Sur.

Características del terreno - Túnel Lo Saldes
• Tobas meteorizadas
• Materiales aluviales (grava, cantos rodados limos y arcillas)
• Rellenos antrópicos.
• No hay agua y contexto sísmico

Método constructivo - Túnel Lo Saldes
• La excavación se realizó con la filosofía del
NATM pero adoptando un sostenimiento
extremadamente rígido.
• La sección se dividió en tres fases de
excavación.
• El pase de avance en cada sección se
estableció en 0,7 m.
• Cada sección mantuvo un desfase de 20 m con respecto a las otras,
siendo la primera A, luego B y última C.
• Se avanzó al abrigo sistemático de un paraguas (l=7 m, Øext=76
mm, Øint=58 mm) solapados 3,5 m.
• En los rellenos antrópicos la frente se reforzaba con pernos de
fibra de vidrio (l=9 m y Ø=22 mm) y con un solape de 4,5 m.

Túnel Lo Saldes

Sostenimiento Túnel Lo Saldes
• El sostenimiento primario consistió en perfiles
metálicos doble T de 40x218 mm y una capa de 30
cm de hormigón proyectado con fibra.
• El secundario o revestimiento está formado por 30
cm adicionales de hormigón proyectado.
• Para mejorar y asegurar la estabilidad del frente se
dispuso un paraguas de micro pilotes y pernos de
fibra de vidrio en el frente.

Tratamientos de inyección - Túnel Lo Saldes
• Adicionalmente, en los rellenos ubicados en
la clave, se ejecutaron inyecciones de mejora
del terreno.
• La mayoría de estas inyecciones se efectuaron
desde el interior del propio túnel.
• Todo el túnel se ejecutó bajo paraguas (l=7 m)

Tratamientos de inyección - Túnel Lo Saldes
• En un tramo de la sección debido a
dificultades de ejecución y a la
necesidad de abarcar volúmenes
concretos de terreno en la clave del
túnel, se tuvieron que realizar desde
la superficie.
• Para evitar fugas de la lechada, se
diseñó un procedimiento específico,
confinando un recinto mediante
pilotes secantes de mortero a ambos
lados del túnel.

Proceso final - Túnel Lo Saldes
• La secuencia final fue la siguiente:
– Demolición de una longitud de 5 m del tabique provisorio de la
sección B e instalación del sostenimiento definitivo en el
perímetro de las secciones B y C.
– La demolición de los tramos subsiguientes comenzaba cuando la
resistencia del hormigón de sostenimiento definitivo alcanzaba
como mínimo el 60% de su capacidad a 28 días.
– La demolición del tabique de sostenimiento provisional de la
sección A avanzó con un desfase de 20 m respecto a la
demolición del tabique en la sección B.
– El proceso finalizó con la demolición total e instalación del
secundario.

Control de la Construcción - Túnel Lo Saldes
• La reducida cobertura y la presencia de la
autopista encima, exigió un estricto control
de las deformaciones inducidas.
• Para ello se dispuso un monitoreo formado
por:
– 12 secciones de convergencia.
– 17 hitos de control topográfico en
superficie.
• Las deformaciones máximas estuvieron
relacionadas con la demolición de los
tabiques provisorios.
• El asiento máximo en superficie fue de
10,6 mm.
• La convergencia máxima fue de 11,89
mm.

Datos claves de la construcción - Túnel Lo Saldes
• El portal Norte y los 40,6 m iniciales de la Sección B
se ejecutaron previamente en 2007.
• La segunda etapa comenzó el 20/10/2015 y finalizó
el 11/10/2016, es decir, 357 días.
• El ritmo medio de avance, considerando las tres
secciones (A, B y C) fue de 0,2 metros por día.
Sección PK Fecha PK Fecha Longitud (m)
B 241,65 20-10-2015 180,75 08-09-2016 60,9
C 241,65 19-11-2015 180,75 11-10-2016 60,9
A 201,05 25-06-2016 180,75 30-09-2016 20,3

Américo Vespucio Oriente (AVO II)

Américo Vespucio Oriente (AVO II)
• La Concesión AVO II posee unos 5 km, todos ellos en túnel minero.
• Posee seis ramales de entrada o salida para conectar con la superficie.
• Discurre en su mayor parte paralela y en parte bajo la Línea 4 de Metro.
• Se excavará en Gravas y Conos de Deyección (presencia de Arcilla).
• El inicio de las obras de construcción está previsto para comienzos de 2022.

Aspectos del diseño de AVO II
• El concepto de diseño, está basado en los siguientes principios y partes:
– El sostenimiento del túnel o primario posee la misión de estabilizar las excavaciones durante su construcción,
derivada del empuje del terreno, dado el carácter drenante del soporte que, en caso de existencia, mantiene el nivel
freático rebajado. Adicionalmente, el MOP ha requerido que se verifique el sostenimiento también para la condición
de “Sismo reducido” (reducción de la magnitud del sismo de diseño, debido a la probabilidad ocurrencia durante el
periodo entre la ejecución del sostenimiento y el revestimiento definitivo). Por tanto, sólo debe diseñarse de
acuerdo a las características del terreno, adicionado el factor sísmico de aproximadamente 2 años de recurrencia.
– El sostenimiento esta previsto ejecutar con marcos metálicos reticulados espaciados entre 1 m a 1,5 m, proyectado
con hormigón con fibra metálica.
– El revestimiento del túnel o secundario se diseña para asegurar, por una parte la estanqueidad del túnel,
contemplando asimismo el escenario sísmico consecuente con la ubicación del proyecto de acuerdo al Manual de
Carreteras.
– El revestimiento esta previsto ejecutar con hormigón moldeado y doble malla electro-soldada, adicionando el
hormigón con fibra de polipropileno para protección contra incendio.

Transición de AVO I a AVO II
AVO I con 2 túneles sobrepuestos
AVO II con 2 túneles de lados
Métodos de ejecución tipo Túnel Alemán
Mixto
máxima sección de excavación 529 m2

4. Consideraciones generales para el diseño de túneles
• Las obras subterráneas son estructuras poco vulnerables a la acción sísmica en comparación a otras estructuras, ya que al estar
soterradas, poseen un mayor grado de confinamiento.
• Esta vulnerabilidad es menor cuanto más somero es el túnel y cuanto menos rígido es el terreno en el que está excavado.
• Por ello, al menos, en los portales y túneles superficiales, es aconsejable verificar cuál es el resultado de la acción sísmica sobre
el túnel.
• La acción sísmica debe ser la que establezca la norma sismo - resistente, aceleración básica o aceleración máxima del suelo;
mientras que el tipo de estructura y el tipo de terreno existente, corrigen ese valor para obtener la aceleración de cálculo a
considerar.
• Existen tres modos de expresar esta acción sísmica:
– Considerando un acelero grama de diseño, que puede ser sintético o real
– Considerando una aceleración sísmica horizontal y su componente vertical
– Considerando una des angulación en la estructura a consecuencia del sismo

• La comprobación del efecto del sismo se realiza en término de desplazamientos y solicitaciones inducidas, tanto en el
revestimiento como en la solera, analizando en especial, posibles tracciones.