Cimentaciones especiales en terrenos volcánicos. Algunos casos de aplicación en las Islas Canarias

La ingeniería geológica y geotécnica aplicada a las obras e infraestructuras civiles, es una disciplina que en los últimos años ha tenido un gran desarrollo en Canarias, debido en gran parte a que se ha configurado un panorama normativo en el que los estudios geotécnicos son preceptivos en el proceso constructivo. A la hora de acometer o diseñar una obra en un medio insular, la singularidad geológica del Archipiélago Canario, de naturaleza volcánica, su lejanía y su pequeña superficie respecto al territorio peninsular, hace que, en las mayoría de las ocasiones, no se recojan los aspectos referidos a las propiedades del terreno en las instrucciones y códigos que se dictan a escala nacional, quedando ciertas lagunas interpretativas que debe sortear el profesional, muchas veces sin éxito. De ahí que sea muy importante contar con la información sobre la resolución de problemas geotécnicos de obras ya realizadas, a fin de poder aplicar la experiencia obtenida en situaciones similares en el futuro.

Las Islas Canarias, por su extensión, variedad y actividad volcánica, han sido de las más estudiadas en el ámbito de las Ciencias de la Tierra y suponen un referente a nivel mundial en volcanología. Las propiedades morfológicas y litológicas de los terrenos volcánicos de Canarias son muy conocidas por los numerosos estudios geológicos que se han realizado en las islas, que han dado como fruto una extensa bibliografía y una cartografía geológica de detalle en todo su territorio. Esto contrasta de manera significativa con una literatura muy escasa en lo que se refiere a propiedades geotécnicas de los materiales volcánicos y a los problemas constructivos que éstos generan.

En este artículo se exponen las experiencias en tres casos prácticos de obras singulares ejecutadas en medios volcánicos, en las islas de Tenerife y Gran Canaria, como una aportación más al conocimiento del comportamiento geotécnico de los materiales volcánicos y a la adopción de soluciones constructivas a los problemas que se deriven de los mismos.

2.1.- Introducción

La obra de soterramiento de la Vía Litoral de Santa Cruz de Tenerife a su paso por la Plaza de España, en una longitud de unos 500 m, se ejecutó para unir el puerto a la ciudad, facilitando la permeabilidad peatonal en la zona, y mejorar el tráfico en esta importante vía de comunicación de la ciudad.

Este túnel dispone, en un ancho de 24 m, de dos carriles por sentido, con sus correspondientes arcenes, y un muro que separa los dos sentidos de la circulación. Parte del trazado discurrirá junto a la Vía de Servicio del Puerto, que también está siendo soterrada con un total de 4 carriles adicionales (ver figura 1).

El procedimiento constructivo por el que se realizó esta obra es el de ‘cut and cover', ejecutando primero las pantallas y vigas de cubrición, para después excavar por debajo.

2.2.- Geotecnia de la traza

Como bien es conocido, la geología de Canarias es muy compleja debido a su gran heterogeneidad. En este caso, al tratarse además de una zona ganada al mar, existen las dificultades añadidas por la existencia de importantes espesores de rellenos antrópicos con bolos de gran tamaño, restos de antiguos muelles… y por la presencia de nivel freático muy superficial.

En toda la traza se encontraron alternancias de rellenos, depósitos cuaternarios, escorias y basalto, este último con resistencias a compresión simple entre 26 y 95 MPa.

Todas estas formaciones existentes en la traza, salvo el basalto, presentan permeabilidad alta o muy alta, haciendo del agua uno de los problemas más importantes de esta obra.

Esta geología tan heterogénea ha condicionado claramente la solución adoptada y hace que esta obra destaque por su singularidad y complejidad.

Debido a esta variabilidad del terreno, fue necesario realizar multitud de reconocimientos geotécnicos para poder obtener el perfil geotécnico de la traza y así poder hacer un correcto diseño.

2.3.- Solución adoptada

Tras un estudio detallado de la viabilidad de las distintas alternativas, se optó por una solución mediante pantalla continua de 0,8 m de ancho, apuntalada en cabeza mediante unas vigas en doble T prefabricadas pretensadas. En las rampas de acceso al túnel fue necesario instalar unos puntales metálicos (unos provisionales y otros definitivos), para evitar que las pantallas tuvieran un excesivo voladizo al excavar (ver figura 2).

Debido a que al llegar al basalto las pantalladoras no son capaces de progresar con la excavación, para asegurar la estabilidad del pie de la pantalla se realizaron 5 micropilotes por módulo de pantalla que permitían el empotramiento requerido, introduciéndose 1,5 m en el basalto. Para la ejecución de estos micropilotes se dejaban unos tubos metálicos que se introducían junto a la armadura y que permitían hacer los micropilotes sin la necesidad de reperforar toda la pantalla (ver figura 2). La inyección de estos micropilotes servía además para reforzar, sellar e impermeabilizar el irregular contacto entre la pantalla y la roca.

Además de las pantallas de hormigón armado a ambos lados de la traza, fue necesario realizar pantallas de cemento-bentonita transversales cada 30 metros para cortar el flujo de agua durante la excavación.

Así mismo, al ser la Vía Litoral paralela a la costa, para evitar el efecto barrera de la obra se instalaron unos sifones cada 80 m.

La subpresión bajo la losa se resiste mediante micropilotes uniformemente distribuidos en la losa de fondo y empotrados 4 metros en el basalto.

La ejecución de las pantallas y los micropilotes ha sido llevada a cabo por una UTE formada por Geocisa y Kellerterra.

2.4.- Proceso constructivo

De forma simplificada el procedimiento constructivo de este túnel es el siguiente:

• Ejecución de las pre-pantallas de cemento-bentonita (para permitir la excavación en los rellenos), pantallas, micropilotes de pie de pantalla y micropilotes de losa de fondo.
• Ejecución de viga de coronación de las pantallas que servirá de apoyo a las vigas en doble T.
• Colocación de las vigas en doble T.
• Comienzo de la excavación por una de las rampas, previa instalación de los puntales provisionales. Para la ejecución de la excavación se bombea previamente el recinto (zona entre dos pantallas de cemento-bentonita transversales) a excavar. Al excavar se deja una berma junto a la pantalla de cemento-bentonita para que ésta no tenga grandes solicitaciones. El bombeo en el recinto se mantiene hasta que la losa ha endurecido.
• Una vez excavado se vierte capa de material drenante, de entre 20 y 50 cm de espesor, y el hormigón de limpieza, se realiza el ferrallado y por último se hormigonan las losas en tramos de 17 metros.
• Cuando la losa ha endurecido se procede a la excavación del siguiente recinto.

Durante la realización de las obras se llevó un control sistemático de los movimientos y vibraciones en los edificios próximos, en los que se instalaron regletas, inclinómetros, hitos de nivelación… Además se controlaron los movimientos en las pantallas con secciones de convergencia cada 20 m. En ningún caso se registraron movimientos significativos, estando siempre por debajo de los 11 mm.

3.1.- Introducción

En la rambla central del polígono de Jinamar en las Palmas de Gran Canarias se produjo el derrumbe de un muro anclado y del talud colindante, correspondiente a la zona norte de unos bloques de viviendas de protección oficial. Debido a la magnitud del derrumbe y los riesgos asociados se procedió al desalojo de varias viviendas.

La zona de actuación se dividió en dos zonas: Zona 1: correspondiente al muro anclado de un perímetro de más de 250,00 m y altura de entre 6,50 y 17,00 m; Zona 2: contención de la ladera de 365,00 m de perímetro, altura variable entre 4,00 y 29,00 m y una inclinación aproximada de 60-75º.

3.2.- El origen del derrumbe

Una vez realizada la campaña de reconocimiento se pudo comprobar que el terreno estaba formado por la unidad denominada ‘Coladas piroclásticas’ de tipo ‘ash and pumice’ y depósitos de escombros correspondientes a la coronación de muros de contención. En paralelo se realizaron diferentes y detalladas inspecciones para determinar el origen del colapso. En base a las actividades mencionadas se concluyó que las causas más probables del derrumbe fueron el aumento de los empujes debido a las permanentes infiltraciones de agua en los taludes proveniente de piscinas, aljibes, huertas y escorrentías, obstrucción de los drenajes existente, corrosión en los anclajes y su progresiva pérdida de capacidad.

3.3.- Técnicas aplicadas

Tras la evaluación de toda la información se optó por la reconstrucción del muro de contención anclado (Zona 1) y por la estabilización de los taludes mediante técnica de ‘soil nailing’ (Zona 2). La solución fue diseñada y ejecutada por la empresa Keller Cimentaciones, S.L.U.

En la Zona 1 el muro de contención fue cimentado mediante dos líneas de micropilotes de φ 150 mm, con una longitud variable de 11,00 a 15,00 m, armados con tubo de acero de φ 114,3 x 6,3 mm de calidad MPV-80. En función de su altura, los muros fueron anclados con 2, 3 y 6 niveles de anclajes permanentes, cuya capacidad fue de entre 80 y 100 t. Para permitir un correcto drenaje en el trasdós del muro se realizaron entre 1 y 3 niveles de drenes californianos.

En la Zona 2, las actuaciones de contención de la ladera consistieron en la estabilización del talud mediante ‘soil nailing’ (anclajes pasivos y hormigón proyectado) y la instalación de mallas de protección. Se ejecutaron en forma combinada anclajes pasivos de ø 30 y 40 mm, en una malla de 3,00 x 3,00 m. y 4,00 x 4,00 m., con longitudes de hasta 9,00 m, y un hormigón proyectado armado con fibras de acero, el cual se adapta con más facilidad a la geometría irregular del talud y evita un exceso de trabajos de regularización y montaje en altura.

3.4.- Auscultación

En esta obra, según las recomendaciones y el diseño de Keller Cimentaciones, S.L.U., se instalaron tanto los instrumentos de lectura automática y remota, como los de lectura manual. Las principales variables a medir fueron la verticalidad, el asiento y el nivel freático, para ello se utilizó instrumentación topográfica, clavos de asientos, extensómetro de varillas, inclinómetros y piezómetros. En el caso de la auscultación de lectura remota se utilizó la comunicación vía módem que permite el seguimiento en tiempo real de los parámetros previamente mencionados.

4.1.- Introducción

La parcela de la sede del nuevo Centro Oceanográfico de Canarias se localiza en la Dársena Pesquera del Puerto de Santa Cruz de Tenerife, en una zona de terreno ganado al mar, en la cual los primeros 10,00 m, de profundidad son formados por escombros incontrolados.

La estructura del edificio está formada por un sótano, planta baja y dos plantas adicionales, y alberga a la nueva Sede del Centro Oceanográfico de Tenerife. La cimentación de esta edificación fue diseñada mediante micropilotes de ø de perforación de 175 mm y armadura tubular de 114,3 x 8,8 mm, con longitudes de hasta 39,00 m. La longitud total realizada fue de aprox. 12.000,00 m. También se contempló el tipo de inyección IR. En proyecto se estimó un plazo de ejecución de los micropilotes de 3 meses.

4.2.- Perfil del terreno y problemas asociados

El informe geotécnico indicaba que el terreno presente en la parcela estaba formado por rellenos y vertidos antrópicos hasta una profundidad de 10,00 m, depósitos de playa de potencia 12,00 y 20,00 m, y el sustrato volcánico que presentaba la zona fundamental del empotramiento de micropilotes, definida en una longitud mínima de empotramiento de 9,00 m.

Durante la planificación y estudio de la obra se detectó que aparte de la complejidad de la perforación en los terrenos presentes en la parcela, los consumos de cementos en la inyección de los micropilotes podrían ser muy elevados y sin garantizar la continuidad y protección del micropilote. Keller Cimentaciones, S.L.U. realizó las pruebas de perforación e inyección antes del inicio de los trabajos, que permitieron adoptar el sistema más adecuado – el sistema de perforación ROBIT, colocando una camisa perdida hasta el sustrato volcánico donde estaba prevista la formación del empotramiento del micropilote. Además de mantener el consumo de cemento en los límites fijados, la tubería de revestimiento perdida funcionó como un elemento adicional de protección contra la corrosión, e incrementó la capacidad de los micropilotes frente al estado límite último de pandeo.

4.3.- Ejecución de trabajos

Finalmente la obra se realizó en 2,5 meses, manteniendo los consumos de cemento en los límites previamente establecidos. Los trabajos se efectuaron con 3 equipos de perforación y 1 equipo de inyección.

Bibliografía

Pita, M., Burbano, G., Grande, E.J. (2012). Soterramiento de la Vía Litoral de Santa Cruz de Tenerife. 9º Simposio Nacional de Ingeniería Geotécnica.

Hernández Gutiérrez, L.E., Santamarta, J.C. (2015). Ingeniería Geológica en Terrenos Volcánicos. Métodos Técnicas y Experiencias en las Islas Canarias. Madrid: Ilustre Colegio Oficial de Geólogos.