túnel – Página 2 – El blog de Víctor Yepes

Impermeabilización de túneles

El drenaje y la impermeabilización de los túneles tiene una gran importancia técnica y económica. Favorece la calidad y el “confort” de terminación y mejora las condiciones de mantenimiento del túnel. De este modo, la correcta elección de los materiales con respecto a las condiciones de un determinado momento y lugar es muy importante en la impermeabilización del túnel. Con ello se van a impedir filtraciones que pueden dañar el revestimiento estructural, evitando la disgregación del hormigón y la corrosión de las instalaciones. Es necesario analizar las condiciones físicas y químicas del agua para garantizar que no deterioran el sistema de impermeabilización.

El sistema de impermeabilización dependerá directamente del caudal de agua infiltrado en el túnel. Estos caudales dependen de la geología, la climatología y la geomorfología. Los parámetros hidrogeológicos de más interés serán los siguientes: la porosidad, la permeabilidad, el gradiente hidráulico y la transmisividad. Se pueden distinguir tres tipos de impermeabilización, dependiendo del agua contenida en el macizo donde se excava:

Si el agua hace presencia en la franja capilar, se deberá impermeabilizar en toda la construcción subterránea, pues se deben cerrar los poros para evitar que la humedad llegue al interior por capilaridad. Se pueden usar pinturas impermeables y con menos frecuencia, membranas.
En el caso de zonas saturadas, de debe desviar el agua para que no genere presiones. Se recoge el agua en un drenaje longitudinal del túnel. Se usan morteros hidrófugos o bien membranas o láminas impermeables.
En aguas subterráneas se usa una impermeabilización flexible, cerrada y resistente a la presión de dicha agua. Se usan membranas o láminas impermeables y con menor asiduidad morteros hidrófugos.

El tipo de impermeabilización que usemos también dependerá del uso que vaya a tener el túnel, que determinará el grado de estanqueidad o la cantidad de filtraciones permitidas. La norma española UNE 104424 ofrece la siguiente tabla indicativa:

También os dejo varios enlaces de interés: http://www.ossaint.com/esp/impermeabilizacion.aspx?BtnSubMenu=43, y éste de Terratest: http://www.terratest.es/docs/impermeabilizacionydrenajedetunelesconfotos.pdf.

También os dejo varios vídeos. El primero es de la impermeabilización de los túneles de Pajares.

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.

Tuneladora de doble escudo

Los denominados dobles escudos son tuneladoras que presentan características tanto del topo como del escudo. Se trata de un escudo telescópico articulado en dos piezas pensado para sostener el terreno al avanzar en la excavación del túnel. Su principal característica es su doble sistema de propulsión independiente, el primero para el escudo y el segundo para el topo.

Se trata de una máquina muy versátil, pues permite excavar tanto la roca dura que los escudos propiamente dichos no podrían perforar, con rendimientos parecidos a los de los topos. Pero además, permite la excavación en terrenos inestables y heterogéneos que los topos no podrían realizar. Por tanto, es la mejor solución para macizos con tramos de tipología variable suelo-roca.

La máquina presenta dos escudos: el delantero y el trasero. El delantero soporta la cabeza de corte, contiene el rodamiento principal, la corona de accionamiento y los sellos interno y externo. El trasero, también llamado escudo de anclaje, incorpora las zapatas de los “grippers” operables a través de ventanas. En su parte posterior incorpora el erector de dovelas y los cilindros de empuje para la propulsión en modo escudo normal.

El movimiento de estas dos partes es independiente, situándose los “grippers” en un hueco abierto entre ambas, por lo que la cabeza puede excavar mientras que en la cola se van montando los anillos de dovelas. Así, los rendimientos alcanzados son mayores que con un escudo simple. Al mismo tiempo que los cilindros de empuje principal impulsan hacia delante el escudo de cabeza y la rueda de corte realiza la excavación, en el escudo trasero se procede al montaje de un nuevo anillo de dovelas de sostenimiento al abrigo del mismo. Este sistema se aplica en aquellos terrenos capaces de resistir la presión que transmiten los “grippers”.

Cuando el terreno no es capaz de resistir la presión de los “grippers”, la tuneladora funciona como escudo simple, cerrandose el hueco de los “grippers”, apoyándose mediante unos cilindros auxiliares en el último anillo colocado, para así obtener la reacción necesaria para el empuje de la cabeza de corte. Por ello, trabajando en modo escudo, no es posible simultanear la excavación con el montaje del anillo de dovelas.

Para aclarar esta explicación, vamos a ver un vídeo de HERRENKNECHT, donde se muestra el funcionamiento de la maquina tuneladora de doble escudo (TBM) utilizada en la perforación del tunel de Guadarrama para el AVE. Espero que os guste.

Referencias:

MARTÍ, J.V.; GONZÁLEZ, F.; YEPES, V. (2004). Temas de procedimientos de construcción. Métodos y equipos de excavación en túnel. Editorial de la Universidad Politécnica de Valencia. Ref. 2004.835. Valencia, 52 pp.

Método “cut and cover” de construcción de túneles

La técnica de falso túnel (cut and cover, que significaría “cortar y cubrir” en español) es un procedimiento de construcción para túneles superficiales donde se excava desde la superficie la totalidad o parte del hueco que ocupa el túnel, se construye el túnel dentro del espacio a cielo abierto y se cubre una vez terminado. Requiere un sistema de sostenimiento fuerte para soportar las cargas del material que cubre el túnel.

Este tipo de construcción de túneles resulta apropiado cuando existe un escaso recubrimiento de terreno sobre el túnel y al mismo tiempo existe 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 línea, especialmente cuando el trazado pasa cerca de zonas urbanas.

Existen dos formas de realizar este procedimiento constructivo:

Método ‘bottom up’: se excava a cielo abierto la totalidad del hueco ocupado por el túnel y se construye en el interior. El túnel puede ser de hormigón in situ, hormigón pretensado, arcos pretensados, arcos con acero corrugado y también con ladrillo, que se solía usar al principio.

Método ‘top down’: este método se encuentra en auge para la construcción de túneles en el interior de las ciudades (túneles de la M-30, Autopista Costanera Norte, Metro de Málaga…). Requiere poca maquinaria especializada, apenas más de la utilizada en la construcción convencional de sótanos. En la superficie, desde la calle, se ejecutan las paredes del túnel cavando una zanja que se hormigona para formar muros pantalla o una hilera de pilotes. Cuando las paredes están terminadas se ejecuta la losa superior, que se apoya en las paredes, excavando sólo el hueco que ocupa la losa y apoyándola durante su construcción contra el terreno. Cuando la losa y las paredes están terminadas, puede reconstruirse la superficie mientras continúan los trabajos en el interior del túnel. La tierra del interior del túnel no se extrae hasta esta fase, en la que como los elementos portantes del túnel están ya construidos se puede excavar con retroexcavadoras. Cuando se ha excavado hasta el nivel adecuado se ejecuta la contrabóveda, losa generalmente de hormigón que hace de suelo del túnel. Se pueden crear losas intermedias para realizar túneles de varias plantas.

En el siguiente vídeo realizado por Proin 3D, se puede ver el proceso constructivo del falso túnel de salida de la estación de Sants. Se trata del túnel de alta velocidad Barcelona Sants-La Sagrera, conocido también como túnel del Eixample.

En el siguiente vídeo podemos ver una técnica de la empresa TOMAS.

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.

Método constructivo del Túnel de El Regajal

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.

Túnel ferroviario de Guadarrama

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 túnel del Canal de la Mancha

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).

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.

Os dejo un vídeo que espero te guste.

El túnel de San Gotardo en los Alpes suizos

El túnel de base de San Gotardo es un túnel ferroviario bajo los Alpes suizos. Se considera el túnel ferroviario más largo del mundo, con una longitud de 57 km y un total de 151,84 km de túneles y galerías. La perforación concluyó el 15 de octubre de 2010.

La empresa AlpTransit Gotthard es la responsable de su construcción. Con vistas a reducir a la mitad el tiempo previsto comenzó las obras desde cuatro puntos diferentes (finalmente fueron cinco) al mismo tiempo ubicados en Erstfeld, Amsteg, Sedrun, Faido y Bodio. Se construyó un sistema de túneles con dos tubos principales de vía única, conectados cada 325 m aproximadamente por túneles de servicio. Los trenes podrán cambiar de túnel en alguna de las dos “estaciones multifuncionales” bajo Sedrun y Faido, que albergarán equipos de ventilación e infraestructura técnica y servirán como paradas de emergencia y rutas de evacuación para casos de emergencia. El acceso a la “estación multifuncional de Sedrun” será un túnel casi plano de un kilómetro de longitud desde el valle donde se encuentra la ciudad de Sedrun. Por ello existe un proyecto local de transformar la estación en una parada oficial de trenes llamada Porta Alpina.

Datos relevantes:

Longitud: 56.978 m (túnel oeste) y 57.091 m (túnel este)
Longitud total de túneles y galerías: 151,84 km
Inicio de la construcción: 1993 (sondeos), 1996 (preparación) y 2003 (excavación)
Finalización de la obra (previsión a 2007): 2016-2017
Costo total: US$ 10.300 millones
Trenes diarios: 200-250
Volumen de roca excavada: 24 millones de t (13,3 millones de m³)
Número de máquinas tuneladoras (TBM): 4

Os dejo un vídeo sobre su construcción que espero os guste.

https://www.youtube.com/watch?v=FmYRE80ZeYI

Construcción de túneles mediante el Nuevo Método Austriaco

Túnel de Albertia. LAV Vitoria-Bilbao-San Sebastián

¿Túneles que se sostienen casi por arte de magia? ¿No se nos caerá el túnel cuando estamos construyéndolo? No sólo es posible, sino que es un procedimiento constructivo que ya no es tan nuevo como su nombre indica, aunque ya adelantamos que para una correcta ejecución se necesita experiencia y saber muy bien lo que se lleva entre manos.

Las técnicas de gunitado y bulonado, junto con una nueva concepción constructiva en la que el estado de tensiones-deformaciones del sistema túnel-terreno se controla desde el inicio de la excavación, llevaron al desarrollo de un conjunto de sistemas de ejecución del que el primeramente patentado (1.956), fue el denominado Nuevo Método Austriaco.

En estos métodos, el sostenimiento provisional no se consigue como en los métodos clásicos con cuadros rígidos, sobredimensionados para soportar la presión del terreno una vez se ha producido su deformación, sino incorporando un medio de sostenimiento provisional más flexible, que se adapte al terreno y trabaje desde el momento en que se efectúa la excavación. De este modo, se pretende que las condiciones resistentes del macizo sufran la menor alteración posible, controlando (con medidores de convergencia, extensómetros, etc.) las deformaciones del terreno que se producen por descompresión al excavar y minimizando su magnitud por medio de un gunitado del terreno excavado y de otras técnicas complementarias. Con ello se pretende que el terreno colabore como elemento resistente con el recubrimiento definitivo del túnel que en consecuencia resulta de bastante menos espesor que el que se obtendría con un método tradicional.

Estos principios son los que se aplican en el Nuevo Método Austriaco, con las características constructivas que se exponen en la propia memoria original: “La aplicación de un revestimiento delgado semirrígido, colocado inmediatamente antes de que la roca se vea afectada por el proceso de descompresión. El revestimiento se diseña para alcanzar un equilibrio permanente, después de adaptarse a un reajuste de esfuerzos, sin especificar de qué material ha de ser construido. El revestimiento puede ser de cualquier material adecuado al propósito indicado, tal como anclajes, hormigón proyectado, hormigón prefabricado, arcos metálicos, pudiendo emplearse estos medios aisladamente o combinados entre sí“.

La aplicación del método implica por tanto las siguientes fases:

(1) Excavación realizada con los medios que requiera el terreno, a plena sección o por bataches.

(2) Entibación provisional inmediata a la excavación, generalmente por medio de un gunitado que puede ir armado con una malla metálica y si es necesario reforzado con bulones, inyección o incluso ayudado por cerchas metálicas cuando el cierre de la cavidad se produce tan rápidamente que no da tiempo a que la gunita se haya endurecido.

(3) Medición de convergencias y deformaciones del terreno, tensión de los bulones, cerchas, etc. Esta auscultación se lleva a cabo por medio de células de presión, extensómetros de superficie o internos, y medidas topográficas que indican el momento en que el terreno ya ha quedado equilibrado con el recubrimiento provisional.

(4) Los resultados de las mediciones anteriores pueden aconsejar:

la ejecución de un refuerzo del sostenimiento provisional, y/o
la aplicación del recubrimiento definitivo con un espesor que debe absorber las deformaciones radiales previsibles en el caso en que no se haya podido esperar el tiempo suficiente hasta alcanzar la estabilización total.

El siguiente vídeo explica bien este método constructivo utilizado en los túneles de Alta Velocidad de Levante, Tramo Contreras – Villargordo del Cabriel. Túneles Hoya de la Roda, Rabo de la Sartén y Umbría.

Referencias:

Perforación mediante jumbos

Jumbo es el nombre que recibe una unidad de perforación equipada con uno o varios martillos perforadores sobre brazos hidráulicos donde puede montarse un martillo de perforación o una cesta donde pueden alojarse uno o dos operarios y que permite el acceso a cualquier parte del frente. Es una máquina diseñada para realizar labores subterráneas de forma rápida y automatizada: avance de túneles y galerías, bulonaje y perforación transversal, banqueo con barrenos horizontales y minería por corte y relleno, entre otras.

El mecanismo de traslación de los jumbos normalmente es autopropulsado por un tractor montado sobre neumáticos, cadenas o carriles, aunque existen modelos remolcados. Cuando trabajan se estacionan y su accionamiento es eléctrico, aunque pueden disponer de un motor diésel para el desplazamiento.

Los martillos perforadores son hidráulicos para conseguir mayores potencias que los neumáticos, funcionando a rotopercusión: la barrena gira continuamente ejerciendo a la vez un impacto sobre el fondo del taladro. Se precisa un aporte de agua para arrastrar los detritus y refrigerar la boca de perforación.

Con esta máquina se pueden alcanzar rendimientos que superan los 3,5 m/min de velocidad instantánea de perforación. Además, están computerizados, de forma que se automatiza la dirección de los taladros, el impacto y la velocidad de los martillos, e incluso la secuencia y disposición de los taladros. En pocas horas, un solo operario puede perforar la pega completa del frente del túnel.

A continuación os dejo varios vídeos donde podemos ver esta máquina de perforación en funcionamiento. El primero es de un jumbo AMV con 3 brazos para perforación y un brazo con canastillo.

Referencias:

YEPES, V. (2022). Maquinaria para sondeos, movimientos de tierras y construcción de firmes. Apuntes de la Universitat Politècnica de València, Ref. 22.

Paso inferior mediante cajones empujados

En numerosas ocasiones no podemos realizar un paso bajo una línea de ferrocarril o de carretera sin interrumpir seriamente el tráfico durante un periodo de tiempo que, en ocasiones, no es posible superar. En vez de construir una estructura tipo marco de forma tradicional, podemos acudir al procedimiento constructivo de empuje de cajones. Se trata de realizar la estructura íntegramente fuera de la plataforma de la vía o de la carretera y posteriorrmente, mediante una fase de excavación y otra de translación realizadas simultáneamente, se sitúa la estructura en su posición definitiva.

La estructura no va cimentada, está apoyada simplemente sobre el plano horizontal de deslizamiento constituido por la llamada “solera de deslizamiento“, que hormigonada con anterioridad, crea el plano de apoyo de la mencionada estructura. La solera tiene la doble función de crear un plano de deslizamiento de la estructura, y por otra parte, servir de encofrado para la construcción de la misma.

El diseño de la sección estructural del cajón debe resultar compatible con los esfuerzos originados en el proceso de traslación y con las solicitaciones derivadas de la ausencia de cimentación en la estructura una vez completado el deslizamiento.

Paso inferior del metro ligero bajo la línea del ferrocarril Granada-Moreda, en la zona de Cerrillo Maracena.

Para la construcción de la losa base inferior de la estructura, se requiere la interposición entre ésta y la solera de deslizamiento, de un material idóneo que cumpla las funciones de separación de hormigones reduciendo el rozamiento en la traslación. A tal propósito se recurre por razones de funcionalidad y economía a una lámina de polietileno de espesor adecuado.

La parte frontal del cajón debe ofrecer la mayor resistencia posible al avance en el terreno y sujetar lateralmente el mismo, por lo que se proyecta prolongando su losa superior y los muros laterales, achaflanados estos últimos al fin de constituir la denominada “cuña de penetración“.

Tiene particular importancia, en la fase de empuje, la estabilidad del frente de excavación para evitar el peligro de desconsolidación lateral en “V” en los muros laterales de la cuña de penetración. En tal caso podría llegarse al asentamiento de la plataforma. La experiencia sugiere dar una inclinación achaflanado el frontal de la cuña de penetración conforme al ángulo de rozamiento del terreno y así poder proceder en fase de avance con un frente paralelo al talud del mismo.

Podemos resumir las ventajas derivadas de este sistema constructivo, en el caso de un paso inferior en una vía de ferrocarril, en las siguientes:

Eliminación de todos los trabajos que precisen corte de vía
Eliminación de trabajos nocturnos
Eliminación de toda actividad de maquinaria sobre la vía y de los cortes de catenaria correspondientes
Disminución consecuente de interferencias con el tráfico ferroviario
Seguridad en el paso de circulaciones, evitando situaciones en precario
Eliminación de problemas de cimentación
Facilidad de construcción de la estructura en espacio abierto
Control total de la calidad de los materiales y de la ejecución
Impermeabilidad de la estructura
Acabado de paramentos en hormigón visto, sin necesidad de revestimientos posteriores

Os paso un vídeo de la Junta de Andalucía donde se puede ver cómo se ha realizado un paso inferior para atravesar una línea de ferrocarril mediante el empuje de cajones de hormigón. Espero que os guste.