Los terrenos expansivos suponen un auténtico dolor de cabeza para los ingenieros. Si sumamos un terreno soluble y corrosivo, tenemos un buen problema a solucionar, tal y como nos comenta Enrique Montalar en su blog respecto a la construcción del túnel de El Regajal. Todas estas circunstancias obligaron a diseñar complejos procesos constructivos durante la ejecución del túnel con unos revestimientos estructurales de gran rigidez que, en muchos casos, debían quedar finalizados muy cerca del frente de excavación.
El túnel de El Regajal es uno de los elementos más importantes de la línea de alta velocidad Madrid-Castilla La Mancha-Comunidad Valenciana-Región de Murcia, tanto por su complicada ejecución desde el punto de vista geológico y geotécnico, como por el valor medioambiental de la infraestructura. Este túnel se incluye en el tramo Aranjuez-Ontígola, de 4,7 km de longitud, que discurre entre los términos municipales de Aranjuez (Madrid) y Ontígola (Toledo), y cuyas obras de plataforma cuentan con un presupuesto de 113,82 millones de euros. El proyecto lo hizo SENER, la empresa constructora fue la UTE ACCIONA-OBRAS SUBTERRÁNEAS y la asistencia técnica corrió a cargo de GETINSA, aunque cuando vieron lo que tenían entre manos entraron también en juego la UPM, la UPC y el CEDEX.
Os paso a continuación un vídeo que presenta el túnel de El Regajal, así como el proceso constructivo del túnel y singularidades de la obra.
La variante de Burgos es un tramo de línea de la Línea de alta velocidad Venta de Baños-Burgos-Vitoria que recorre el norte de la ciudad española de Burgos. Cuenta con una longitud total de 20,7 kilómetros, y permite recorrer la ciudad por el norte a una cota distinta a la de la ciudad, generando una gran permeabilidad. Posee cuatro ramales de enlace: uno de 3,7 km con línea Madrid-Burgos, otro de 2,4 km con el polígono industrial de Villalonquejar; y dos, de 2,9 km al oeste y 0,5 km al este, para conectar con el Puerto seco de Burgos. Para facilitar el paso de personas, vehículos y fauna se tuvieron que construir 29 estructuras: 6 superiores, 18 inferiores, 5 viaductos y un falso túnel, cercano a la localidad de Villatoro. Su trazado discurre al norte de la ciudad, y las obras incluyeron la nueva Estación de Burgos Rosa de Lima, que sustituyó a la anterior, al igual que una serie de actuaciones complementarias que permitieron trasladar todas las instalaciones de mantenimiento a la estación de Villafría, y conectar a la variante el polígono industrial de Villalonquéjar. La plataforma ferroviaria tiene un ancho útil capaz de albergar tres vías, de forma que su servicio pueda tener dos fases: la que entró en servicio en diciembre de 2008, con dos vías de ancho ibérico; y la futura, con dos vías en ancho internacional para la circulación de los trenes de Alta Velocidad, y una en ancho ibérico para los tráficos convencionales.
Esquema de la Variante de Burgos. En negro, líneas desmanteladas. http://ferropedia.es
Presentación y explicación de la Variante Ferroviaria de Burgos, perteneciente al AVE Madrid – País Vasco / Frontera Francesa (voxelstudios).
El túnel ferroviario del Guadarrama está formado por dos túneles paralelos, uno para cada sentido de la circulación, de 28 km de longitud. Es el más largo construido en España, el cuarto más largo de Europa y el quinto de todo el mundo a fecha de 2008. Iniciado el 28 de septiembre de 2002, su entrada en servicio tuvo lugar el 22 de diciembre de 2007 y en su construcción han llegado a trabajar más de 4000 personas simultáneamente. Es una de las mayores obras de ingeniería civil ejecutada en España. Este túnel constituye la piedra angular de las líneas de alta velocidad que unirán Madrid con las principales ciudades del norte y noroeste de España.
Esta infraestructura atraviesa la sierra de Guadarrama, partiendo desde el término municipal de Miraflores de la Sierra (Madrid) a una cota a 998 m y alcanzando una altura máxima de 1.200 m, con una pendiente del 1,5%, y volviendo a descender hasta los 1.114 m ya en las proximidades de la ciudad de Segovia. El máximo recubrimiento de la bóveda del túnel se da bajo el entorno del Pico de Peñalara, con 992 m de altura en ese punto. Los túneles tienen un diámetro de excavación de 9,45 m y un diámetro interior de 8,50 m, estando separados sus ejes 30 m.
El proceso constructivo empleó cuatro tuneladoras de roca extradura, atacando desde sus cuatro bocas. Al tener que atravesar fallas de materiales poco resistentes y prever situaciones de bloqueo de las máquinas, el tipo de tuneladora fue de doble escudo, con una capacidad de empuje sobredimensionada. Estas máquinas extrajeron 4 millones de m³ de los túneles. Dispone de galerías de emergencia uniendo ambos corredores cada 250 m, una gran estancia autónoma y estanca a mitad de recorrido, con cabida para 1.200 personas para su uso en caso de emergencia y se han instalado ventiladores reversibles que puedan inyectar aire si ocurriese un incendio. El diseño se ha realizado para que los trenes que lo recorran puedan alcanzar altas velocidades sin comprometer con ello la infraestructura.
Os dejo un par de vídeos donde se explica la ejecución de esta infraestructura.
El diseño de las pilas de puentes tiene una especial importancia desde el punto de vista económico, si pensamos que, dependiendo de la altura de las pilas y de las condiciones del terreno de cimentación, este coste puede llegar a ser el 50% del total del coste de un viaducto. En este post he querido resaltar algunos resultados de un trabajo realizado por nuestro grupo de investigación que presenta un estudio paramétrico de pilas altas (más de 50 m de altura) de hormigón armado de sección hueca rectangular para puentes. Estas pilas se utilizan normalmente en la construcción de viaductos ferroviarios de hormigón pretensado. Para efectuar la optimización de las pilas se empleó un algoritmo de optimización basado en el comportamiento de las hormigas (Ant Colony Optimization). Se han estudiado veintiún casos diferentes para siete alturas de columna de 40, 50, 60, 70, 80, 90 y 100 m, y tres tipos de viaductos para líneas de alta velocidad con 10 tramos continuos, cuyas longitudes vano principal fueron 40, 50 y 60 m. Las pilas estudiadas son las columnas intermedias colocadas en el medio de los viaductos. El número total de variables de diseño de optimización varía de 139 para pilas con altura de la columna de 40 m a 307 para pilas con altura de 100 m. Los resultados que se presentan en el trabajo son de gran valor para el diseño preliminar de este tipo de estructuras, con reglas de predimensionamiento práctico de interés.
Viaducto de O Eixo, ejemplo de empleo de pilas altas, http://www.pondio.com
Resultados interesantes:
Las cuantías medias necesarias de acero y hormigón, tanto en alzado como en cimentación, para las pilas estudiadas varían entre 887 kg/m y 12 m³/m para alturas de 40 m a 2720 kg/m y 26 m³/m en alturas de 100 m.
Los costes medios encontrados varían desde un mínimo de 3221 €/m para las pilas menos cargadas, a un máximo de 6206 €/m en el caso de las más cargadas.
Referencia:
MARTÍNEZ-MARTÍN, F.; GONZÁLEZ-VIDOSA, F.; HOSPITALER, A.; YEPES, V. (2013). A parametric study of optimum tall piers for railway bridge viaducts.Structural Engineering and Mechanics, 45(6): 723-740. (link)
El Metro de Riad es un sistema de transporte rápido actualmente en construcción en la capital de Arabia Saudí, formando parte del denominado Proyecto de Transporte Público de Riad (RPTP, por sus siglas en inglés). Su realización servirá para acompañar a una reestructuración del transporte público de la ciudad, que lo convertirá en la columna vertebral del mismo. Comprende la construcción de un metro, un sistema de autobuses, así como infraestructuras y otros servicios asociados en la ciudad, convirtiéndose en el proyecto de transporte público más grande del país. El metro constará de seis líneas, para un total de 175 km, dando servicio al centro de la ciudad, al aeropuerto y al distrito financiero.
El proyecto del metro de Riad está dividido en tres paquetes que han sido adjudicados a consorcios internacionales: uno liderado por el grupo italiano Ansaldo STS, otro por el grupo americano Bechtel y por el español FCC. Este megaproyecto requerirá 600.000 toneladas de acero, 4,3 millones de metros cúbicos de hormigón, 176 kilómetros de vías, más de 30.000 puestos de trabajo y tendrá un coste total de 16.300 millones de euros. Constará de 85 estaciones y tendrá vagones con aire acondicionado divididos en 3 clases y que operarán sin conductor.
En un vídeo de PROIN3D se presenta esta megaconstrucción.
Un consorcio liderado por Fomento de Construcciones y Contratas (FCC) se ha adjudicado la construcción de tres líneas del metro de Riad, gracias a un contrato valorado en 6.070 millones de euros. Según la compañía, se trata del mayor contrato internacional de la historia de la construcción española. El consorcio que lidera FCC, integrado también por la coreana Samsung, las francesas Alstom y Setec, la holandesa Strukton, Freyssinet Saudi Arabia y la española Typsa, construirá las líneas 4, 5 y 6 del metro de Riad, el más grande del mundo en proyecto con 176 kilómetros de longitud. El plazo de ejecución de las obras será de cinco años y su construcción dará empleo a más de 15.000 personas y unos 500 puestos de trabajo podrían ser para españoles, según el presidente de la compañía. El lote logrado por el consorcio consiste en el diseño y la construcción de las líneas 4 (naranja), 5 (amarilla) y 6 (púrpura), que constarán de 25 estaciones, para las que serán necesarios un total de 64,6 kilómetros de vías de metro, 29,8 kilómetros de viaductos, 26,6 kilómetros de vías subterráneas y 8,2 kilómetros de vías de superficie.
Parte española del proyecto del Metro de Ryad. Infografía: El País
A continuación os dejo un vídeo realizado por la empresa PROIN3D donde se explica en detalle cómo será la propuesta para el pozo de ataque central y su proceso constructivo para la estación 5B3 de la línea 5. Esta línea corre bajo tierra en un túnel excavado a lo largo de King Abdulaziz Street, entre el rey Abdulaziz Centro Histórico y la Base Aérea Riyadh, antes de conectar con el rey Abdullah Road. La longitud de la línea es de aproximadamente 12.9 km (8,0 millas) y cuenta con 10 estaciones, además de 2 estaciones de transferencia con las líneas 1 y 2.
Eurotunel es un túnel ferroviario que cruza el canal de la Mancha, uniendo Francia con el Reino Unido. La construcción del túnel fue iniciada en 1986 y terminado en 1994, con una inversión total de 14,7 mil millones de euros. En la actualidad, cerca de 500 trenes circulan por el túnel cada día, con un tiempo de travesía de unos 35 minutos entre Calais/Coquelles (Francia) y Folkestone (Reino Unido). Tiene una longitud de 50,5 km, 39 de ellos submarinos, siendo así el segundo túnel submarino más largo del mundo, con una profundidad media de 40 metros, detrás del Túnel Seikan, cuya longitud es de 53 km. El servicio ferroviario por el Eurotúnel tiene dos variantes: el Eurostar, para pasajeros, y el Shuttle, que transporta camiones, automóviles y motos.
Está formado por tres galerías:
Dos túneles de 7,6 m de diámetro reservados para el transporte ferroviario, uno de ida y otro de vuelta (A).
Una galería de servicios de 4,8 m, preparada para la circulación de vehículos eléctricos (B).
Sección transversal del túnel. Wikipedia.
Estas tres galerías están unidas cada 375 m por otras galerías transversales de auxilio y mantenimiento (C) y (D), que permiten que haya una corriente de aire para disminuir la presión, evitando así la propagación del humo en caso de incendio, así como la resistencia aerodinámica al paso de los trenes que circulan a 140 km/h. Cada túnel ferroviario contiene una sola vía, catenaria y dos pasarelas que se utilizan para las evacuaciones de emergencia, incluyendo un cruce submarino que permite a los trenes pasar de un túnel a otro para facilitar las operaciones de mantenimiento.
La construcción de un túnel que uniera Inglaterra con Francia fue propuesto por primera vez en 1802. El proyecto, sin embargo, no se materializó debido a la ausencia de técnicas apropiadas para la construcción de este tipo de túneles. La construcción del Eurotúnel no fue nada fácil. Un total de 11 tuneladoras, cada una con un peso de aproximadamente 450 toneladas, se emplearon para excavar los túneles. Los dientes montados en su parte frontal están hechos de un metal extremadamente duro y al girar van penetrando en el terreno, haciendo espacio para que la máquina pueda seguir avanzando. La perforadora empleada en el Eurotúnel tenía 8,78 m de diámetro y 200 m de longitud, con un peso total de 11.000 toneladas.
El viaducto sobre el río Almonte, en el embalse de Alcántara se ha convertido en el mayor puente arco de Alta Velocidad construido, en el mayor puente arco ferroviario de hormigón y e el tercer mayor puente arco de hormigón sin distinción de tráficos. El arco presenta una luz de 384 m, constituyendo el tramo principal de un viaducto de 996 m de longitud. En realidad, se trata de cuatro arcos de sección rectangular variable. Siendo en el arranque de 6,9 por 3,7 metros. Y en la clave, punto más alto del arco, la sección se reduce hasta un canto de 4,8 metros y 6 metros de ancho. Su comportamiento aerodinámico ha sido verificado en un túnel de viento. Para el arco se utilizaría hormigón autocompactante de alta resistencia (HAC-80).
Vista aérea de las obras del Viaducto de Almonte – FCC
La solución, proyectada por Arenas & Asociados, es el resultado de una serie de condicionantes impuestos como la luz principal, al no ser posible disponer apoyos en el embalse. De entre las alternativas del proceso constructivo, se optó por el avance en voladizo del arco con ayuda de una torre de atirantamiento provisional. Los medios auxiliares necesarios para la realización de la obra han sido dos torres metálicas de más de 50 m de altura colocadas sobre las pilas extremas del arco; un carro de hormigonado para cada semiarco; un sistema de tirantes de acero que soporta el semiarco construido anclándose en la parte superior de la pila y en la torre; otro sistema de tirantes que soporta la pila y la torre anclándose en las cimentaciones de las pilas adyacentes, y, finalmente, un sistema de anclajes provisionales al terreno para sujetar las zapatas de las pilas adyacentes.
A continuación os paso varios vídeos sobre el proceso constructivo. El primero es una grabación realizada con un avión no tripulado por la empresa Rúbrica, encargada de los carros de las dovelas del arco.
Figura 1. Ascensor El Peral, tipo funicular, año 1902, Valparaíso (Chile). https://es.wikipedia.org/wiki/Archivo:Ascensor_El_Peral,_tipo_funicular,_a%C3%B1o_1902,_Valpara%C3%ADso,_Chile.jpg
Se denomina funicular a un sistema de transporte por cable utilizado para salvar grandes pendientes. Se emplean para transportar cargas a intervalos regulares. Circula sobre raíles y normalmente dispone de dos cabinas enlazadas por un cable de acero sobre una vía de ferrocarril, a modo de ascensor inclinado, de tal forma que mientras un vehículo sube el otro baja, lo que permite aprovechar la energía potencial del que queda en la parte superior para subir el inferior a la vez que se frena el que está bajando.
Se pueden superar pendientes de hasta un 70%. Los carretones de elevación suelen ser dispositivos tipo skip, permaneciendo en un plano horizontal para no verter la carga. Con pequeñas rampas, la velocidad de subida llega a 1 m/s y las cargas oscilan entre 10 y 20 t. Con fuertes pendientes, se alcanzan hasta 5 t y 0,5 m/s.
Los vagones suelen compartir la misma vía salvo en el punto medio, donde se bifurca para que puedan pasar a la vez. Los vehículos carecen de motorización propia, ya que el movimiento lo imprime un motor que acciona una gran polea, que a su vez mueve el cable de tracción. No obstante, los vehículos van dotados de varios sistemas de frenado, tanto de servicio como de urgencia, este último en caso de fallo en las instalaciones (rotura o disensión del cable, etc.) o en los vehículos.
Este medio de transporte se creó alrededor del Siglo XIX como una alternativa a la vías del ferrocarril, como medio de vencer grandes pendientes. El primer funicular del mundo, accionado por una máquina de vapor, fue el que unía Rue Terme con Croix Rousse y fue inaugurado en Lyon en el año 1862.
A continuación os dejo un vídeo del funicular suizo de Gelmer, que es el más empinado del mundo, con un 106,6% de pendiente. Está situado a unos 80 km de la capital helvética. Este funicular es fruto de la adaptación al uso turístico de un antiguo remonte usado para la construcción del Embalse de Gelmer. Espero que os guste.
Referencias:
YEPES, V.; MARTÍ, J.V. (2017). Máquinas, cables y grúas empleados en la construcción. Editorial de la Universitat Politècnica de València. Ref. 814. Valencia, 210 pp.
Un falso túnel es una infraestructura que se construye cuando un obstáculo natural de escasa altura debe ser atravesado por una línea ferroviaria o por una carretera, de forma que no resulta conveniente perforar un túnel debido al escaso recubrimiento y al riesgo de que la construcción de una trinchera convencional pueda provocar desprendimientos. En otras ocasiones, la construcción de falsos túneles se justifica simplemente en la necesidad minimizar el impacto ambiental de la vía de comunicación, especialmente cuando el trazado pasa cerca de zonas urbanas.
Una forma de construir un falso túnel consiste en ejecutar unas pantallas, bien con pilotes o con una hidrofresa. Tras esas pantallas laterales, se ejecuta la losa de cubrición para formar el techo del túnel. Una vez fraguado el hormigón de la losa, se puede proceder a trabajar bajo tierra, vaciando la caverna generada entre las pantallas y la losa, hasta el nivel del suelo del túnel. La ejecución de pantallas con pilotes consiste en hacer “taladros” consecutivos, que luego son rellenados con acero y hormigón. Si utilizamos una hidrofresa el principio es el mismo, solo que la perforación es rectangular.
Si el falso túnel se realiza a una profundidad mayor de 5-10 m es necesario ejecutar losas intermedias, para garantizar la integridad de las pantallas laterales. Este método es muy seguro, habiéndose realizado bastantes kilómetros de todo tipo de túneles, por ejemplo en Madrid, tanto de metro (línea 11 en la avenida de Abrantes, línea 1 en la Calle Congosto…) como de cercanías (Pasillo verde, Getafe…) sin incidentes a reseñar. Incluso en terrenos particularmente complicados como es la vega del manzanares este método ha dado un gran rendimiento en la ejecución del soterramiento de la M30.
A continuación os paso una animación realizada por la empresa Proin 3D para Adif del túnel ferroviario de alta velocidad Barcelona Sants-La Sagrera, conocido también como túnel del Eixample. El túnel, que une la estación de Barcelona Sants con la futura estación de La Sagrera, forma parte de la línea de alta velocidad Madrid-Zaragoza-Barcelona-Frontera francesa.Fue inaugurado el 8 de enero de 2013 juntamente con el tramo entre Barcelona Sants y Figueras-Vilafant de la LAV Madrid-Barcelona-Franciay el 9 de enero de 2013 empezó su explotación comercial por trenes de Renfe Operadora.
En la animación podemos ver la ejecución del falso túnel, tanto con pilotadoras como con hidrofresas. Espero que os guste.
Referencias:
MARTÍ, J.V.; YEPES, V.; GONZÁLEZ, F.; ALCALÁ, J. (2012). Técnicas de voladuras y excavación en túneles. Apuntes de la Universitat Politècnica de València. Ref. 530, 165 pp.
A continuación os dejo un vídeo, realizado por la empresa Proin 3D para ADIF, realmente interesante que trata de la construcción de un gran viaducto de 1488 m que cruza en río Tajo en una zona ensanchada por el embalse de Alcántara. Se trata de un tramo de la Línea de Alta Velocidad Madrid-Extremadura, en el subtramo Cañáveral-Embalse de Alcántara. Este viaducto presenta como característica principal un vano central tipo arco, de 324 m de luz y una altura superior a 90 m sobre el nivel medio del río.
El vídeo muestra el proceso constructivo de esta estructura singular. El arco se realiza mediante voladizos sucesivos atirantados, por medio de dos torres de atirantamiento situadas sobre las pilas ubicadas en los arranques del arco, en ambas márgenes del río. Cada torre se atiranta desde las cimentaciones de las pilas próximas que precisan de unidades de anclaje al terreno. La construcción del tablero se realiza vano a vano por medio de una cimbra autoportante dispuesta desde ambos estribos. Estas autocimbras son como encofrados apoyados sobre las pilas construidas previamente y sostienen vanos completos de hasta 60 metros de longitud, mientras se endurece el hormigón que le da la forma y capacidad final al tablero.
