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Manual de Procedimientos Constructivos de Túneles

Escrito por Fueyo Editores en . Publicado en : Artículos / Áridos

Manual de procedimientos constructivos de TúnelesEl Manual de Procedimientos Constructivos de Túneles proporciona el conocimiento del estado del arte en la construcción de túneles hoy día, sus procesos constructivos, las nuevas tecnologías e innovaciones, así como las tendencias a nivel nacional e internacional en la construcción de túneles y obras subterráneas en general.

Información de Fueyo Editores

Autor. Juan Carlos Guerra Torralbo
Grupo de Proyectos de Ingeniería E.T.S. Ingenieros de Minas Universidad Politécnica de Madrid

El texto se estructura en diez capítulos, cuyo contenido se cita en los siguientes párrafos.

En el Capítulo 1 se realiza una Introducción a los Túneles. En primer lugar, se exponen las razones que motivan el uso del espacio subterráneo. Se analizan los aspectos básicos que debe tener el diseño y proyecto de un túnel, como: la geología y geotecnia, el método constructivo y el dimensionamiento y cálculo de una estructura compleja como es el túnel. Finalmente, se realiza una extensa clasificación de túneles atendiendo a aspectos tales como: funcionalidad, uso, entorno, acabado, sección tipo, longitud, tamaño, entre otras.

En lo que respecta a la excavación tradicional de túneles en suelos, cabe decir que, en la actualidad, se utilizan métodos de ejecución muy similares a los utilizados hace cientos de años, con excavación manual en secciones parciales y entibaciones de madera. Es por ello que, en el Capítulo 2 se describen exhaustivamente el Método Belga Modificado y el Método Alemán, utilizados hoy día como típicos sistemas de construcción de túneles en suelos en entorno urbano.

En el Capítulo 3 se realiza una descripción de los Métodos Mecanizados, concretamente, el texto se centra en los siguientes: Nuevo Método Austriaco (N.A.T.M.), Método Bernold (o Nuevo Sistema Suizo) y Precorte Mecánico (Premill), basados en la utilización de máquinas de excavación, sostenimiento y revestimiento específicas para ello. En la excavación convencional de túneles en roca, la elección del método de arranque más idóneo se determina en función de las características de los terrenos a excavar y de sus parámetros geomecánicos, siendo también necesarios el conocimiento de las discontinuidades del macizo que, junto con la posible existencia de caudales de agua, pueden afectar de forma decisiva a los rendimientos de los equipos de excavación. A su vez, se realiza una distinción entre los métodos convencionales y las máquinas tuneladoras (TBM) de excavación de túneles.

El Capítulo 4 se centra en las máquinas tuneladoras. Estas máquinas, conocidas habitualmente por las siglas inglesas T.B.M. (“Tunnel Boring Machine”) se pueden clasificar en dos grupos básicos: Máquinas para rocas medias y duras (normalmente llamadas “Topos”) y Máquinas para suelos y rocas blandas (“Escudos”). Recientemente, las características de los terrenos de algunos proyectos han dado lugar a la construcción de máquinas que presentan elementos típicos de los diseños de los dos grupos anteriores. Por ello, es ya posible hablar de un tercer grupo conocido como: Máquinas mixtas (“topos escudados/escudos simples” y “dobles escudos”), que son máquinas capaces de excavar túneles a sección completa, estando dotadas, según las necesidades, de equipos auxiliares para la colocación del sostenimiento provisional o del revestimiento definitivo.

Tanto en unos métodos como en otros, es necesario determinar el proceso constructivo más adecuado en función del terreno y los condicionantes de la obra. Es por ello que en este Manual se explicitan los factores y criterios que es preciso analizar y que le conducirán a la selección del método constructivo óptimo para la ejecución de cada túnel, tal y como se recoge en el Capítulo 5. A este respecto, es evidente que la elección del método constructivo debe fundamentarse, necesariamente, en multitud de factores. Así, en el proceso de toma de decisión del método de ejecución de una obra subterránea se barajan, entre otros aspectos los siguientes: entorno del proyecto y del país, geología- geotecnia, costes, plazos, disponibilidad de equipos materiales y humanos, oportunidad, dimensiones, afecciones al entorno, etc.

Las reglas empíricas y las recomendaciones para la elección entre el empleo de máquinas tuneladoras y excavación convencional no deben desplazar al criterio ingenieril, ni a la experiencia profesional. Son muchas las experiencias vividas que atestiguan este hecho, tal y como se cita en el texto. No se debe ser rígido en la elección de un único método (RMR, Q, etc.) para decidir el sistema constructivo a emplear. No obstante, todos los procedimientos empíricos tienen un valor intrínseco importante que ha de tenerse en cuenta, ya que se consideran diversos parámetros que tiene influencia en la elección del sistema constructivo y que, sin la consideración de dichas reglas, podrían ser olvidados. Por todo ello, con la lectura del libro, se puede comprobar que cada túnel tiene una solución a medida para su ejecución, dependiendo de una serie de factores que es preciso analizar.

En el Capítulo 6 se realizan recomendaciones para la excavación y el sostenimiento de los túneles. El problema concierne, principalmente, a las limitaciones de diseño en cuanto al grado de exactitud alcanzable durante la fase de Proyecto y, en consecuencia, a su grado de aproximación a la realidad del comportamiento del sostenimiento en estrecha e íntima interacción con el terreno encajante donde se desarrolla. La morfología real del macizo rocoso, su estado tensional inicial antes de la excavación del túnel y, en definitiva, el comportamiento geomecánico del terreno encajante, es siempre una simplificación de la realidad, incluso con un grado de incertidumbre importante en ciertas ocasiones. Toda esta realidad conduce, inexorablemente, a la necesidad de utilizar procedimientos aproximados para el diseño del sostenimiento de un túnel. No obstante, en este manual se muestra cómo es posible realizar una estimación razonable del sostenimiento de un túnel, a partir de los datos disponibles de la estructura geológica del macizo a excavar y de sus propiedades geomecánicas.

El Capítulo 7 se dedica íntegramente a un elemento esencial en un túnel, su propio emboquille. No cabe duda que, el emboquille es un punto singular tanto para el talud abierto en la ladera, como para el propio túnel, y que goza del dudoso privilegio de poseer características comunes a ambos aunque, a su vez, diferentes a ambos. Se analiza ampliamente sus geometrías y arquitectura, así como su problemática, inestabilidades, criterios a considerar en su ubicación, diseño y cálculo de emboquilles, sistemas de refuerzo para la corrección y/o estabilización de taludes.

A lo largo del Capítulo 8 se abordan, en apartados individuales, algunos de los problemas más habituales que se presentan en la ejecución de túneles, entre otros: atrapamientos de tuneladoras, subsidencias, estabilidad del frente, entradas de agua, presencia de gases, expansividad, squeezing, swelling, etc. Para ello, al principio de cada apartado se hace una descripción teórica, aunque somera, del problema, a fin de que se conozca el fundamento y/o origen del mismo. Al final de cada apartado, se indican las soluciones concretas en cada caso (incluso con la exposición de algún caso real) que tienden a solucionar o paliar en la medida de lo posible, la ocurrencia o progresión del problema concreto.

El Capítulo 9 concierne a la seguridad en la ejecución de los túneles. Es un hecho que los ratios de siniestralidad de las obras subterráneas han disminuido drásticamente, siendo hoy día, en general, inferiores al conjunto de las obras civiles. Se ha iniciado un camino firme y seguro que pretende alcanzar el objetivo de “accidentes cero”. Este camino se ve favorecido por la aplicación de las nuevas tecnologías a la construcción de túneles, así como al uso generalizado de las máquinas tuneladoras de excavación integral.

En lo que respecta a la auscultación, y su interrelación con el proceso constructivo, el objetivo principal es la obtención de la información que permita una evaluación permanente del comportamiento de la obra, a través de la observación de los parámetros que influyen en las premisas de proyecto, permitiendo realizar un proceso iterativo de retroanálisis de la obra subterránea durante su construcción, para garantizar así las condiciones de seguridad de las personas y bienes, el cumplimiento de los plazos de ejecución y la gestión de imprevistos y de riesgos. Para que esto sea un hecho, la información debe ser tratada en tiempo útil y estar disponible a todos los implicados/interesados en el proceso con el objetivo de permitir la toma de decisiones de forma eficiente.

Finalmente, en el Capítulo 10, en su primera parte, se describen los avances tecnológicos e innovación durante los últimos años en la maquinaria específica de construcción de túneles. Así, se parte de los importantes progresos conseguidos en la maquinaria de obras subterráneas por métodos convencionales y, sobre todo, de las máquinas tuneladoras “de última generación”, cuyo crecimiento ha sido espectacular en los dos últimos lustros. A todo lo anterior, se añaden los posibles problemas pendientes de resolución en un futuro cercano, así como las predicciones de lo que podría ser la “Tuneladora Universal” en un plazo no tan lejano.

Y en la segunda parte de este capítulo se ponen de manifiesto algunas reflexiones sobre el futuro de la construcción de túneles. La creciente demanda que el desarrollo de la actividad humana impone a los organismos públicos, en relación con la mejora de la calidad de vida en los núcleos urbanos más desarrollados, la movilidad de los ciudadanos y el transporte de mercancías dentro de sus territorios u otros países de su área económica plantea un importante reto tecnológico en la Industria de la Construcción de las Obras Subterráneas y para la Ingeniería necesaria para implantarla. Es por ello que los grandes proyectos nacionales e internacionales de construcción de obras subterráneas suponen un gran reto tecnológico para el siglo XXI. Las conexiones terrestres, sea por ferrocarril o por carretera, entre Países y Continentes exigirán la construcción de largos túneles a través de importantes accidentes geográficos, estrechos y grandes cadenas montañosas. Además, la demanda creciente de espacio subterráneo, principalmente en los núcleos urbanos más desarrollados, implicará también la construcción de túneles, recintos subterráneos y cavernas


PEDIDOS

Teresa Matarranz Fdez.-Pacheco
E.T.S.I. DE MINAS Y ENERGÍA — UPM
Grupo de Proyectos de Ingeniería
C/ Alenza 4, Despacho 223 — Madrid
Tel./Fax: 913 367 006
Web: www.ingeominas.es
e-mail: Esta dirección de correo electrónico está siendo protegida contra los robots de spam. Necesita tener JavaScript habilitado para poder verlo. ; Esta dirección de correo electrónico está siendo protegida contra los robots de spam. Necesita tener JavaScript habilitado para poder verlo.

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