Trabajos de estabilización y refuerzo de bodega subterránea en Tomelloso

La empresa Altosa / Verum cuenta desde 2003, bajo un recinto en el que tiene importantes instalaciones industriales en Tomelloso, con una bodega subterránea constituida por galerías de 7 m de anchura y 6 m de altura que alcanzan en conjunto casi 600 m de longitud. Se excavaron con medios mecánicos sin emplear elementos de sostenimiento, de acuerdo con los resultados obtenidos en los cálculos realizados.

Transcurridos casi quince años desde su excavación en los que la bodega subterránea se ha comportado correctamente, se ha comprobado su estabilidad general y local con nuevos cálculos dirigidos a las zonas donde más se han incrementado las cargas en superficie y/o donde está previsto un mayor tránsito de público, los cuales han posibilitado el diseño e instalación de determinados elementos de refuerzo.

En 2003, la empresa Altosa encargó a los técnicos Ángel Rodríguez Soto (Ingeniero de Minas) e Ildefonso Rodrigo (Geólogo), el proyecto para la excavación de cuevas bajo el solar en el que tiene sus instalaciones industriales en Tomelloso, junto a la carretera de Argamasilla de Alba.

Este proyecto dio lugar a una bodega subterránea constituida por dos fases con tres galerías paralelas cada una más otra galería de conexión, alcanzando en conjunto casi 600 m de longitud. La sección de las cámaras es de 7 m de anchura y 6 m de altura; habiéndose dejado entre galerías pilares barrera de 5 m de anchura.

Foto 1.- Vista de las dimensiones de las galerías que constituyen la bodega.

La bodega fue excavada con medios mecánicos para Altosa por la empresa Hispana Suiza de Perfilados, S.A. sin emplear ningún elemento de sostenimiento en toda la bodega, en consonancia con los resultados obtenidos en los cálculos realizados.

En la actualidad y transcurridos casi quince años desde su excavación, en los que la bodega apenas ha registrado inestabilidades salvo alguna patología puntual, se ha revisado la estabilidad general de la cueva con objeto de establecer la conveniencia de implementar alguna medida local que permita minimizar el riesgo de sufrir desprendimientos puntuales del techo de la bodega, no asumibles actualmente debido a la creciente frecuencia de visitas a la bodega.

Es importante destacar que a lo largo de estos años se ha modificado notablemente el estado y uso del recinto bajo el que se encuentra la bodega, donde acciones como el hormigonado o asfaltado del solar favorecen la conservación de la excavación; mientras que la instalación de grandes depósitos en superficie y la circulación más frecuente de grandes camiones cisterna sobre el techo de la bodega actúan en sentido contrario.

Con este objetivo, la empresa Investigación del Subsuelo y Técnicas Industriales, S.L. (ISTi) recibió el encargo de realizar nuevos cálculos acerca de la estabilidad global de la excavación, la particularización de los mismos a ciertas zonas especialmente solicitadas; el diseño de los elementos de refuerzo a emplear en determinadas zonas; y finalmente la ejecución del refuerzo propuesto.

Foto 2.- Vista de la entrada a la bodega.

Entre los días 26 de febrero y 16 de marzo de 2018 se realizaron diversas visitas a las instalaciones de Altosa – Verum donde se encuentra la bodega subterránea objeto de este estudio, en las que se recorrieron todas sus cámaras, prestándose especial interés a las zonas concretas donde se había registrado algún tipo de inestabilidad desde su excavación.

También se inspeccionó la parcela bajo la cual se encuentra la bodega, lo que permitió conocer las nuevas instalaciones construidas y comprobar el estado del hormigonado/asfaltado con el que se ha cubierto el terreno natural; el cual además de proteger la capa de tosca y reducir las filtraciones de agua a la cueva, facilita el paso de vehículos pesados sobre la misma.

El reconocimiento se llevó a cabo durante días secos y lluviosos para detectar las zonas donde aparecen filtraciones hacia el interior en días de lluvia.

En términos generales, se comprobó que la estabilidad general de la bodega era buena, sin apenas síntomas de agotamiento de las dos litologías presentes, que son:

• Tosca: Conglomerado de caliza laminar bandeada medianamente cementado. Se sitúa en la clave de las galerías, constituyendo el techo de las mismas.
• Arenas limosas compactas: Su compacidad es media a alta y su composición es carbonática, presentando algún nivel cementado. Es la litología en la que se han excavado las cámaras y por tanto la que constituye los pilares dejados entre cámaras y la solera. Geotécnicamente es menos competente que la Tosca; si bien para la geometría de diseño cuenta con la capacidad portante necesaria para servir de apoyo al nivel de Tosca del techo de la excavación.

Durante las visitas de inspección llevadas a cabo, se reconocieron las siguientes patologías:

• Dos desprendimientos, uno producido en 2004 y el segundo en 2017, cada uno de los cuales afectó a unos 10 a 15 m² de área por 0,5 m de espesor. En ambos casos el despegue del techo fue muy similar, correspondiendo a un subnivel de transición entre las dos litologías consideradas. Este subnivel en determinadas zonas de la bodega fue retirado durante la excavación inicial, mientras que en otras zonas se mantuvo como parte del techo.
• Respecto a los paramentos verticales de la bodega, el aspecto que presentan es bueno; salvo en el entronque próximo a las escaleras de acceso a la cueva, donde se aprecian desmoronamientos puntuales en algunas esquinas de los pilares.
• Alguna filtración de agua hacia el interior de la cueva. Durante los meses de febrero y marzo de 2018 la precipitación pluviométrica registrada fue bastante alta, permitiendo identificar las siguientes zonas:

- En el entorno de la escalera y la zona de entrada peatonal al interior de la cueva, debido a la falta de estanqueidad de las arquetas de drenaje en el exterior y su conducción asociada.

- En el entorno de alguna lumbrera de ventilación.

Foto 3.- Vista parcial de la zona donde se registró la inestabilidad.

Esta fase no ha incluido nuevas prospecciones geotécnicas, pues la caracterización geotécnica empleada en el Proyecto realizado en 2003 proporcionó resultados consistentes y válidos para los cálculos realizados en la revisión actual.

La información inicial se completó con el reconocimiento de los materiales que aparecieron durante la excavación de la bodega y actualmente con la procedente de la perforación de los nuevos taladros para instalar diversos elementos de refuerzo.

En el Cuadro I se presenta la caracterización geotécnica de las dos litologías consideradas en el entorno de la bodega, correspondiendo la cota 0 a la superficie.

Los cálculos se han realizado con el programa de elementos finitos PHASE2 2D de Rocscience desarrollado para su aplicación en modelizaciones donde intervienen suelos y rocas.

Este software permite incluir en los modelos dos tipos de terrenos distintos; diversos elementos de sostenimiento como son pernos de diferentes longitudes, hormigón proyectado, …; considerar la influencia de flujos de agua; aplicar diferentes criterios de rotura que dependerán del comportamiento característico de las litologías afectadas;… proporcionando las solicitaciones existentes inicialmente en la excavación; el efecto que supondrá el sostenimiento colocado; y finalmente el factor de seguridad en cada punto de la excavación modelizada.

Para analizar el comportamiento del terreno se han diferenciado dos estratos; el superior (rojo), que va desde la superficie hasta los 2,5 m de profundidad constituido por tosca, con unas propiedades geotécnicas más competentes.

La tosca apoya sobre un nivel constituido por arenas limosas compactas parcialmente cementadas (en color verde), con propiedades geotécnicas algo menos favorables.

En la Figura 1 se muestra una de las secciones modelizadas con tres galerías paralelas por ser la geometría más frecuente en esta bodega y las dos litologías existentes en su entorno a las que se les ha asignado las características geotécnicas ya indicadas.

Con este modelo se ha calculado la solicitación del terreno y su comportamiento.

Como parámetros de análisis se han considerado los movimientos registrados durante el progreso de su excavación, que alcanzan a nivel general unos desplazamientos de pocos milímetros; y el factor de seguridad en el entorno de las cámaras, esto es, la relación existente entre la solicitación sufrida por el terreno y su capacidad portante.

En la Figura 2 se muestran los desplazamientos registrados en uno de los modelos realizados.

Los desplazamientos máximos en este modelo se han registrado en la zona de techo, alcanzando valores de unos 3 mm.

Los factores de seguridad obtenidos para analizar la estabilidad real de la sección modelizada con tres galerías paralelas de 7 m de anchura entre las que se han dejado sus respectivos pilares barrera de 5 m de ancho, han tomado valores mínimos de 1,3 subiendo hasta 1,5 y superiores en buena parte de su perímetro. Si bien estos factores de seguridad resultan un poco justos (relativamente próximos a 1 que es el equilibrio estricto), hay que considerar que se han tomado valores a priori conservadores tanto para el espesor de la capa de techo, 2,5 m, como para las propiedades geotécnicas consideradas; a contrastar durante la ejecución del refuerzo que se ha propuesto.

La distribución de los factores de seguridad obtenidos se muestra en la Figura 3.

En el distribuidor próximo a la escalera de acceso recientemente se había registrado el despegue y caída de una lámina del techo; apreciándose en esta zona pequeños desmoronamientos en cinco aristas del entronque de las tres galerías y en algún punto de los hastiales, que hacían conveniente su refuerzo, para aumentar su capacidad portante. Este refuerzo, debía resultar lo más discreto posible.

Básicamente, los elementos de refuerzo propuestos son:

• Refuerzo de cinco aristas de los pilares barrera.
• Refuerzo del techo mediante bulonado (~1 perno / 10 m²) con pernos de 25 t y pletinas de reparto entre pernos.

La zona de la bodega reforzada se muestra en la Figura 4 y la distribución del refuerzo en la Figura 5 describiéndose a continuación sus principales características.

Su objetivo es incrementar su capacidad portante al ser las zonas donde los cálculos realizados han indicado un factor de seguridad más ajustado y donde se aprecian diversos síntomas que lo corroboran, haciendo necesario evitar su deterioro progresivo. El refuerzo instalado ha consistido en:

• Perforación desde el exterior de taladro pasante de 76 mm de diámetro y colocación más cementado de perno roscado de 32 mm de diámetro (402 kN), sobresaliendo ~2 m por debajo del techo de la galería. Para conseguir un buen confinamiento del terreno que constituye el techo de la bodega, se ha tesado convenientemente dejándalo en carga.
• Prolongación del perno anterior desde la base del techo hasta la rasante de la bodega con tubería reforzada tipo micropilote de ~100 mm de diámetro y ~9 mm de espesor de pared; puesta en carga a través del bulón de 32 mm, mediante doble tuerca (extremo pilar-techo cámara). En la base del mismo cuenta con una zapata armada y un tubo con fondo de mayor diámetro y gran resistencia como espera, para evitar movimientos y/o el punzonamiento en su apoyo.
• Perfil UPN 260 envolviendo al micropilote que actúa como pilar y fijado al mismo mediante abarcones, cuyo objetivo principal es servir de semiencofrado que permita rellenar el espacio comprendido entre el perfil y el terreno con hormigón que ejerza de confinamiento al terreno natural.

Foto 4.- Perforación de taladros desde exterior hasta bodega para bulonado.

El techo junto a la entrada a la bodega se ha reforzado con pernos de 25 mm que eviten posibles desprendimientos, minimizando el volumen de roca con posibilidad de desprenderse. Esta medida está constituida por:

• Perforaciones pasantes realizadas desde la superficie exterior, de ~75 mm de diámetro y colocación de perno roscado de 25 mm de diámetro (245 kN), espaciados entre sí 3,5 m en sentido longitudinal y 2 m en transversal. Se han colocado dos alineaciones paralelas cada una a 1,5 m de su hastial más próximo y otra en el eje de la galería, que van desde el entronque con la escalera de entrada hasta el comienzo de la primera cámara/bodega, pasado el distribuidor.
• Pletinas de 10 mm de espesor, 100 mm de ancho con longitud 4 y 5 m, que alcancen al menos dos pernos consecutivos y distribuyan el sostenimiento ejercido por los pernos, entre un área mayor del techo de la cámara.

Foto 5.- Bulón tensor cementado desde superficie.

Foto 6.- Vista del refuerzo instalado en una de las aristas del pilar barrera.