Cimentando sobre un lago mitológico

El Nuevo Aeropuerto de Ciudad de México descansará sobre un antiguo Lago.

Ciudad de México –o  “el DF,” como se la conoce coloquialmente, es una de las mega urbes más pobladas del planeta. Su actual aeropuerto de 770 hectáreas y 38 millones de pasajeros anuales pedía una ampliación seria, por lo que el gobierno mexicano optó por desarrollar un nuevo aeropuerto de 4.431 hectáreas capaz de gestionar 68 millones de pasajeros anuales inicialmente y 125 millones en una última fase. Inicialmente tendrá tres pistas paralelas, para acabar contando con 6 pistas y 159 puertas de embarque. Estamos hablando de un aeropuerto al nivel de los de Pekín, Dubái y Estambul.

El proyecto fue concebido con dos aspectos diferenciados. El lado tierra incluye el edificio terminal, la torre de control, vialidades de acceso y estacionamiento. El lado aire incluiría pistas, calles de rodaje, plataformas y edificios complementarios. Durante la primera etapa, el lado tierra incluirá inicialmente el edificio terminal, las vialidades de acceso, estacionamientos, el centro de control de área y la torre de control. El lado aire incluiría en esa primera etapa las pistas y calles de rodaje, las plataformas y ayudas a la navegación. El proyecto del Nuevo Aeropuerto contará con certificación LEED Platino en el terminal de pasajeros y LEED Oro en la torre de control, el centro de transporte terrestre intermodal y el centro de control de área.

La construcción del Nuevo Aeropuerto de Ciudad de México confía en un componente fundamental: los pilotes. Uno de los aspectos más importantes en este proyecto es determinar las características geológicas del  Lago de Texcoco, cuyo suelo está compuesto por arcilla volcánica muy deformable y con baja resistencia al esfuerzo cortante, con espesores de cientos de metros. En la década de los 60 ya se investigó el comportamiento mecánico de los terraplenes mediante pruebas mecánicas. Hasta una profundidad de 15 metros, el suelo presenta una disminución de resistencia al esfuerzo cortante. Estos terrenos resultan altamente complicados ya que no permiten drenar el agua con facilidad, por lo que se barajaron hasta ocho propuestas de cimentación. Si bien el enorme peso de las instalaciones podría hacer que el terreno se hundiera hasta 60 centímetros por año, las soluciones de ingeniería proyectadas reducirían esta cantidad a 0,05 a 0,08cm anualmente.

Participación del Instituto de Ingeniería

Uno de los principales asesores en este proyecto ha sido el Instituto de Ingeniería de la UNAM, una de las más prestigiosas universidades en el país, quienes ya fueron consultados en el año 2000 por las autoridades aeroportuarias locales sobre la conveniencia geotécnica del antiguo Lago de Texcoco para albergar un nuevo aeropuerto.

Ya en ese momento, estos expertos llegaron a la conclusión de que su construcción no sería convencional, sino que demandaría la puesta en juego de técnicas especiales.

“Es claro que el conjunto de problemas para la construcción de esta magna obra de infraestructura gira alrededor de un subsuelo arcilloso muy blando, de gran compresibilidad, de muy baja resistencia al esfuerzo cortante y con alta salinidad. A ello se suma la frecuencia de acciones sísmicas cuyas amplitudes se ven amplificadas al pasar por esos estratos arcillosos; y si algo faltaba, la zona sufre la ocurrencia de abatimiento piezométrico a profundidad, lo que determina el fenómeno de hundimiento regional. Dada esta situación, no es de extrañarse que en la actualidad aproximadamente 80% de la fuerza de trabajo de la Coordinación de Geotecnia, esté dedicada a los estudios relacionados con el diseño y construcción del NAICM”, indicó el Instituto de Ingeniería en un comunicado.

Durante los últimos tres años se han realizado sondeos exploratorios del subsuelo, ensayes especiales de laboratorio y otros de campo como el de sonda suspendida para determinar propiedades dinámicas del subsuelo, con equipo único en México. También se ha avanzado en el análisis geoestadístico y despliegue gráfico para la caracterización mecánica de las diferentes unidades geológicas, así como el levantamiento y distinción de anomalías geotécnicas.

Se han realizado análisis dinámicos,  estudios analíticos y numéricos para  modelar la evolución de los niveles piezométricos del agua del subsuelo, a fin de predecir finalmente la magnitud de los asentamientos futuros.

Para ello se construyeron tramos de prueba. Además de un terraplén de referencia de 60 x 60 m y 2,1 m de altura, construido sin tratamiento alguno de su cimentación, se construyeron: plataforma compensada, terraplén con precarga y drenes v

erticales de arena, terraplén con precarga y drenes verticales artificiales, terraplén estructural sobre pilotes de fricción, terraplén sobre inclusiones rígidas, plataforma de concreto con celdas estructuradas, plataforma de concreto con cajones estructurales postensados y una plataforma de concreto con cajones estructurales postensados y sobre inclusiones rígidas.

A cada una de estas potenciales soluciones se les diseñó y colocó instrumentación geotécnica para analizar deformaciones, asentamientos y presiones. Recientemente se añadió un tramo de prueba consistente en una plataforma con un terraplén de sobrecarga y un sistema de vacío aplicado dren a dren (verticales).

La UNAM ha participado activamente en el diseño de los pavimentos de tipo flexible para las aeropistas, en especial respecto a las propiedades de resiliencia de los estratos arcillosos someros y de las propiedades mecánicas de tezontles. Se decidió aplicar una precarga al terreno, previa colocación de drenes verticales artificiales en la formación arcillosa superior.

“La idea central”, explican en el Instituto de Ingeniería, ”es generar una compresión y estado de preconsolidación al subsuelo con el peso de esa sobrecarga, acelerada con la inclusión de los drenes, para que una vez que sea removida y sustituida por el pavimento de las pistas, su asentamiento sea reducido y aceptable para la operación de las mismas. Si bien se entiende que requerirá trabajos futuros de mantenimiento necesarios para conservar la rasante de las pistas dentro de la tolerancia normativa, se pretende que éstos sean lo más distantes en el tiempo”.

La UNAM también ha asesorado en el diseño para la cimentación del Edificio Terminal, la Torre de Control Aéreo y el Edificio de Transferencia Terrestre, recomendando evitar excavaciones a cielo abierto profundas. También han asesorado en cuestiones de drenaje.

Cimentación titánica

Entre las opciones de cimentación barajadas estuvo la aplicación de tepetate y tezontle para terraplén de referencia, terraplén compensado, drenes prefabricados, sistema de inclusión rígida, drenes y precarga, cajones reticulares postensados y con inclusiones, celdas estructurales y piloteado.

Estas características geológicas hicieron que el proyecto se decantara para la torre de control por una losa compensada con pilotes de fricción con un mecanismo de amortiguadores en la losa para evitar hundimientos e inclinación sísmica.

El aeropuerto necesitará un total de 7.101 pilotes, de los que 492 se destinarán a cimentar la torre de control de 90 metros de altura. En total se necesitarán 6 millones de metros cúbicos de tezontle que se esparcen mediante cinco capas, seguidas de precagas de material pesado de dos metros de grosor. Los estudios preliminares calculan un hundimiento de un centímetro.

La empresa Grupo Indi es el responsable del hincado de los 5.578 pilotes de 9-10 toneladas y de 16-17 metros de longitud de la terminal que se esparcirán cada seis metros. En total la obra avanza en torno a 25 pilotes diarios, los cuales son movidos por dos grúas.

Los pilotes pretensados monopieza están diseñados mediante un sistema de cimentación compensada. Los utilizados en la terminal tienen 50 cm de ancho por 50 cm de largo, y en la torre de control 40 por 40 cm, con una resistencia de entre 30 y 40 toneladas por metro cuadrado.

Para su perforación se utiliza una perforadora rotatoria hidráulica, una grúa draga estructural y una piloteadora con cuadrillas de ocho obreros. Mediante este sistema se perfora el 70% de la superficie del pilote a una profundidad de 75% de su longitud previo a su hincado, para lo que queda a una altura de 50-60cm sobre el que se aplica una capa de  y otra de concreto de 15 cm, sobre la que se asienta la losa de cimentación organizada en secciones de 20 por 20 metros.

Respecto a la cimentación, se llevó a cabo una auditoría técnica a las cimentaciones de Torre de Control y del Edificio Terminal donde se detectó que no se registraron hundimientos sino movimientos horizontales.

La Torre de Control cuenta con 12 aisladores sísmicos para evitar daños en su estructura ante movimientos telúricos; para la cimentación del Edificio Terminal se construyen 865 losas de 20×20 metros y 1,5m de espesor, que requerirán más de 100 mil toneladas de varillas de acero y 500 mil metros cúbicos de concreto.

 

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