Revista de Obras Públicas 3649

Túneles y Obras

Subterráneas

Editorial Experiencias recientes en túneles

Este número es el resultado de la colaboración entre la Asociación Española de Túneles y Obras Subterráneas (AETOS) y el Colegio de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos, para realizar anualmente un número especial de la Revista de Obras Públicas sobre túneles y obras subterráneas, cuyo contenido aparece definido por AETOS. La problemática diversa que plantean los túneles se refleja en el mismo a través de la variedad de problemas que van desde los túneles para las carreteras, a los túneles para el metro, los túneles para el ferrocarril de alta velocidad, los sistemas de extinción del fuego en los mismos, los retos de su construcción con la ampliación de la estación de Euston, e incluso a la metodología de

excavación en túneles en Colombia o Noruega por parte de empresas constructoras españolas.

La modificación del tramo de carretera que sigue paralelo al embalse de Yesa por un tramo accidentado como consecuencia del recrecimiento de este embalse, ha dado lugar a dos túneles (Esco y Menazos) y a un falso túnel (San Martín), cuyas características son descritas en este número, conjuntamente con los terrenos atravesados y los revestimientos de impermeabilización utilizados, distinguiendo entre los túneles y el falso túnel de San Martín, en el que se ha buscado la mínima afección a la Red Natura 2000.

Carlos Nárdiz Ortiz Director

Revista de Obras Públicas

Este número es el resultado de la colaboración entre AETOS y el Colegio de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos

La nueva línea de metro de Toronto-Ontario Line, que cruzará el centro de la ciudad mediante dos túneles de 6 km de longitud y 6 estaciones, va a mejorar la movilidad en el centro de la ciudad. La ejecución de los tramos del segmento sur fue adjudicada a la UTE formada por Ferrovial y Vinci Construcción, recogiendo el artículo los servicios prestados por la oficina de España, entre los que se incluye el diseño conceptual de las estaciones que serán excavadas en las margas de la bahía georgiana, lo que supone un desafío para la modelización numérica de la roca.

Los túneles para la alta velocidad ferroviaria del sector 2 de la Y vasca, a la altura del nudo de Bergara, han supuesto un reto en su construcción, con riesgos en su excavación, por el cruce con otros túneles, y por los riesgos asociados a fenómenos cársticos, que han condicionado el método de excavación, en donde se ha acudido a un método mixto, alternando voladuras controladas y medios mecánicos, apoyándose previamente en perforaciones de investigación sobre el frente de avance.

Los túneles de la red transeuropea de carreteras del territorio de Guipúzcoa cuya longitud supere los 500 m han sido acondicionados, por parte de la Diputación Foral de Guipúzcoa, para someterse a la Directiva 2004/54/CE,

con intervenciones que van más allá de los equipamientos, entrando en modificaciones estructurales, en donde, de sus 1300 km, 187 pertenecen a la red transeuropea, con 13 túneles que superan los 500 km de longitud, con túneles construidos en la última década del siglo pasado, con numerosas humedades y filtraciones, que han supuesto un esfuerzo económico elevado, además de seguir garantizando la continuidad del tráfico.

El gas radón en los túneles del territorio canario, al tratarse de un territorio de origen volcánico, con sus riesgos para la salud del personal, ha obligado a un sistema de medición, en donde se ha constatado que el gunitado hace de barrera impermeable del gas. El gas puede ser especialmente problemático con rocas ígneas y volcánicas, pudiendo las aguas subterráneas transportar también radón disuelto. El gas radón afecta a la salud, pero es un fenómeno estocástico, no es determinista; por tanto, todos los esfuerzos están orientados a reducir el riesgo.

Los sistemas de extinción de incendios en túneles mediante rociadores han sido objeto de distintos ensayos, constatando que se puede reducir y contener la potencia máxima del incendio hasta valores más fáciles de controlar. Sin embargo, la activación de los rociadores implica

una pérdida de la visibilidad, por lo que el tiempo transcurrido para su activación es crucial, recomendándose la activación manual.

La experiencia de ACCIONA en la excavación de túneles en roca, en España y en Europa, permite llegar a conclusiones sobre el consumo de cortadores y la vida útil de los materiales de corte, a partir del concepto de energía específica de excavación, en donde, a través de la experiencia de distintos túneles, se analiza el consumo de cortadores.

La reutilización de tuneladoras no siempre es posible, como ocurrió en Vigo con la reutilización de la tuneladora del Guadarrama, en donde la mayor dureza hace que los cortadores trabajen por encima de su capacidad.

La construcción de una serie de túneles para la ampliación de la estación de Euston, debido a la nueva línea de alta velocidad, ha permitido la participación de una UTE formada por dos empresas españolas que dotarán al sistema de metro de Londres de un nuevo edificio para servicios, conectado con la estación existente mediante una serie de túneles y galerías en mina. La excavación y construcción del sótano de la estación ampliada y su conexión con una infraestructura de más de cien años de antigüedad han supuesto retos en el diseño de la solución, en

donde la aplicación del diseño paramétrico contribuyó a ahorrar tiempo.

Las experiencias de excavación con preinyección en dos túneles, uno en Colombia y otro en Noruega, son expuestas en el siguiente artículo, con la ejecución de inyecciones de cemento, microcemento o resinas por delante del frente a medida que avanza la excavación, frente a la práctica de aplicarlas después del avance del túnel. Se adapta así a las exigencias internacionales, que incluyen esta práctica dentro de las bases del diseño por parte de FCC, debido a la mayor sensibilidad ambiental.

En este número se recoge también una entrevista a Aida Santos, presidenta de AETOS Young Members (AETOSym), una asociación de jóvenes ingenieros de entre 25 y 35 años, apasionados por los túneles y las obras subterráneas, creada en 2019, que se reúnen cada dos o tres meses para realizar distintas actividades, participando también en actividades que organiza AETOS. Aunque la asociación está creada en Madrid, está abierta a gente que vive fuera y al contacto con otras asociaciones internacionales. Como dice su presidenta, le gustaría imaginar en el futuro a AETOSym como la puerta de entrada natural a AETOS.

Portada

PRESIDENTE

DEL CONSEJO EDITORIAL

Miguel Ángel Carrillo Suárez

DIRECTOR DE LA REVISTA

Carlos Nárdiz Ortiz

DIRECTOR DE REDACCIÓN

Daniel Rodríguez González

NÚMERO ESPECIAL

Túneles y Obras Subterráneas

14

Diseño preliminar de las estructuras en mina del segmento sur de la Ontario Line

Enrique Alcanda Renquel

Carlos Herranz Calvo

David Taylor

de la A-21

Sandra de Francisco Méndez

Begoña Guillén Monleón

Edita: Colegio de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos

24

Túneles de Udalaitz del sector 2 de la Y vasca

Juan Jesús Bengoa Romero

Francisco Javier Nieto Fernández

Carlos López-Seoane Espil

Jorge Lamora Suárez

Julio César González González

DIRECTOR DE ARTE Y DISEÑO

Manuel Estrada

EDICIÓN Y MAQUETACIÓN

Estrada Design

Enca Gismera

Natalia Giménez

CONSEJO EDITORIAL

Antonio Colino Martínez

Carmen de Andrés Conde

Íñigo de la Serna Hernáiz

Isabel Pardo de Vera Posada

Ignacio García-Arango

Cienfuegos-Jovellanos

José Luis Marín López-Otero

José Trigueros Rodrigo

Miguel Aguiló Alonso

Pere Macias Arau

36 Entrevista

Aida Santos Santamaría

44 Túneles de la Red Transeuropea de Carreteras del territorio histórico de Gipuzkoa

Ane Miren Capetillo Arranz Germán Pozas Zubizarreta

COMITÉ EDITORIAL Y DE REDACCIÓN

Alonso Domínguez Herrera

César Lanza Suárez

David Martínez Montero

Fernando Ruiz Ruiz de Gopegui

Francisco Esteban Lefler

José Romo Martín

José Manuel Vassallo Magro

Luis Irastorza Ruigómez

Maria Luisa Domínguez González

52

Exposición al gas radón en túneles y obras subterráneas de Canarias

Juan Carlos Santamarta Cerezal

Joselin S. Rodríguez-Alcántara

Jesica Rodríguez-Martín Noelia Cruz-Pérez

62

Análisis de sistemas fijos de extinción en túneles mediante técnicas de fluidodinámica computacional

José Ignacio Abad Martínez David Aznar Raja

72

Análisis del consumo de cortadores y su correlación práctica con la energía específica de excavación en TBM en macizos rocosos muy duros

Pablo Cánovas Díaz

Rolando Justa Cámara

Cristóbal Rodríguez Vázquez

84

Innovaciones y retos en la construcción de los túneles de servicio en la estación de Euston

Benjamin Lafarga

Christoph Eberle Dimitrios Litsas

94

Metodología de excavación con preinyección en túneles

Dídac Plana Aguilar

Construcción de los túneles de Esco, Menazos y San Martín en la parte aragonesa de la A-21

Sandra de Francisco Méndez

Ingeniera de Caminos, Canales y Puertos del Estado. Jefa de la Demarcación de Carreteras del Estado en Aragón.

Begoña Guillén Monleón

Ingeniera sénior de Ineco.

El tramo del enlace de Sigüés-enlace de Tiermas de la autovía A-21, promovido por el Ministerio de Transportes y Movilidad

Sostenible actualmente está en construcción y discurre por la provincia de Zaragoza, dentro del corredor Huesca-Pamplona, a través de las carreteras N-330 y N-240.

Debido a las obras de recrecimiento de la presa de Yesa, se hace necesario realizar la variante de la N-240 en ese tramo, dado que la actual carretera, sin arcenes y con un trazado sinuoso, que discurre al borde del embalse por el lado norte, quedará por debajo de la cota de inundación después del recrecimiento.

Se trata de un tramo de 6,6 km de autovía con 2 calzadas separadas con el que se dará continuidad a la autovía A-21 a lo largo de 72,6 km entre Pamplona y el límite provincial

con Huesca, puesto que se encuentra entre dos tramos ya en servicio —el enlace con la carretera A-1601-enlace de Sigüés, y el enlace de Tiermas-límite provincial de Navarra— con la consiguiente disminución de los tiempos de recorrido frente a los actuales por la carretera N-240, y una mejora notable en la seguridad vial.

El tramo discurre por un terreno accidentado que requiere la ejecución de dos viaductos, tres pasos inferiores, un paso superior, dos túneles (Esco y Menazos) y un falso túnel (San Martín).

Los túneles de Esco y Menazos

El túnel de Esco está formado por dos tubos de 181m de longitud en la calzada norte (sentido Pamplona) y de 179 m de longitud en la calzada sur (sentido Jaca) que incluye la

prolongación en túnel artificial por los dos extremos.

El túnel de Menazos, igual que el anterior, consiste en dos tubos paralelos, uno para cada sentido. La longitud del túnel para la calzada norte es de 222 m y para la calzada sur, 233 m y en cada boquilla se dispone una parte en túnel artificial.

Cada túnel carretero dispondrá de un gálibo vertical mínimo de 5,00 m, con una anchura total de calzada de 10,50 m (dos carriles de 3,50 m, arcén exterior de 2,50 m e interior de 1,0 m) y con unas aceras elevadas a ambos lados de 0,75-0,80 m para que los usuarios del túnel las empleen en caso de avería o accidente. La separación entre túneles, medida entre ejes, es de 38-40 m en el túnel de Esco y de 42-46 m en el de Menazos. La sección prevista es circular de radio único de 6,25 m.

Teruel

Tramo

Autovía

Autovía en obra Nacional

Autonómica de 1er orden

Autonómica de 2º orden

Otras carreteras

Ríos

Ferrocarril

Término provincial

Viaducto de Los Baños

Túnel de San Martín

Túnel de Menazos

Túnel de Escó

Viaducto de Las Tejas

Paso inferior de Camino de Santiago

A lo largo de toda la traza, los materiales que constituyen el sustrato rocoso son una serie de margas grises (margas de Pamplona) pertenecientes al Eoceno medio y superior, recubiertas por un importante manto superficial de suelos cuaternarios (depósitos tipo glacis, suelos coluviales, suelos de fondo de valle, depósitos de terraza, sedimentos de cauce el río Aragón y rellenos antrópicos). Con el objeto de minimizar el principal problema que muestra la marga de Pamplona, es decir, la elevada erosionabilidad y meteorización que presentan estas margas una vez excavadas y expuestas a la intemperie, se ha ejecutado en toda la superficie del talud frontal de los emboquilles un tratamiento

superficial consistente en mortero proyectado con fibras metálicas con un espesor medio de 5 cm y un bulonado sistemático mediante bulones de Ø 32 y 3 m de longitud en malla de 2,30 x 2,30 m.

La excavación y sostenimiento de todos los taludes frontales 1H:3V de los emboquilles se ha llevado a cabo en bancadas con una anchura mínima de 6,00 m mediante un proceso cíclico (perforación y voladura, retirada material, gunitado y bulonado).

En el emboquille lado Jaca de la calzada sur (sentido Jaca) del túnel de Menazos apareció una masa muy fracturada que afectaba parcialmente al túnel y al talud frontal del emboquille. Por ello, tras estudiar la

situación, la solución ejecutada ha consistido en la excavación de la zona alterada en fases y su sustitución por hormigón en masa. Así mismo, la superficie descubierta se ha protegido con hormigón proyectado y una malla de 2,30 x 2,30 m de bulones de Ø 32 de 4,00 m de longitud en la parte superior y de 3,00 m en la parte inferior para evitar su entrada en la sección del túnel.

Para la excavación de los túneles el método constructivo empleado ha sido el denominado Nuevo Método Austriaco de Construcción de Túneles (NATM).

Dadas las características del macizo rocoso afectado por los túneles, constituido por margas de Pamplona, masivas y relativamente resistentes, la excavación se ha realizado a sección completa a lo largo de todo el túnel, con unas secciones de excavación de entre 108 y 112 m2 aproximadamente.

La excavación ha sido principalmente mediante perforación y voladura, empleando la técnica de recorte para la voladura de contorno a fin de reducir el daño a la roca remanente, aunque en los primeros 15 m próximos a las boquillas se realizó una excavación mecánica.

En el planteamiento inicial, tanto la longitud de avance como el sostenimiento de los túneles se diseñaron en función del terreno atravesado. Partiendo de la evaluación en el frente de la coloración del terreno y las características geomecánicas Rock Mass Rating (RMR) de Bieniawski de la roca presente, se establecieron dos tipos de sostenimiento a aplicar: el tipo A para una roca de mejor calidad (RMR > 65) y, en consecuencia, para un sostenimiento más ligero con unas longitudes de avance máximas mayores; y el tipo B, que hacía referencia a una roca con peores características (50<RMR<65) para un sostenimiento más potente, con longitudes de avance máximas de 1 m. Por otro lado,

Sección tipo túnel en mina

de comunicaciones

Bandeja alumbrado

Proyector alumbrado

Opacímetro

(A 3m sobre acera)

Detector de Co

(A 1m sobre acera)

(A 1m sobre acera)

Bandeja alumbrado

Proyector alumbrado

artificial

DE

(A 1m sobre acera)

Luminaria de emergencia

(A 1m sobre acera)

Capa de rodadura: 3cm de BBTM11B con betún PMB45/80-65

Riego de adherencia C60BP4ADH Capa intermedia: 5cm de AC22 bin D con B50/70 Riego de adherencia C60BP4ADH 7cm Base AC32 base G con B50/70 Riego de adherencia C60B4 ADH+Riego de curado C60B4 CUR

Capa Subbase: 20cm de suelo cemento Explanada: 30cm de suelo estabilizado 3 Explanada: 30cm de suelo seleccionado

se estableció aplicar el sostenimiento tipo Boquilla en los 15 primeros metros de todas las boquillas con cualquier calidad de la roca. Durante la excavación de los túneles, las características geomecánicas de la roca atravesada difirieron de las previstas inicialmente, por lo que el sostenimiento se ha adaptado en función del terreno encontrado. En Menazos, aunque se preveían 30 m de sostenimiento tipo B para la calzada norte, finalmente se colocó el tipo A en toda la longitud excavada, al encontrar una roca de mayor calidad también para la calzada norte, manteniendo tipo Boquilla en los 15 m de las zonas de emboquilles. Por el contrario, en Esco, se preveía la colocación

Fuente: Ministerio de Fomento.

Fuente: Elaboración propia.

Vista general del tramo del enlace de Sigüés-enlace de Tiermas de la autovía A-21

Bandeja

Zahorra

Luminaria de emergencia

REPLANTEO EN PLANTA Y ALZADO

Masa fracturada. Calzada sur. Emboquille lado Jaca al túnel de Menazos.

Macizo reforzado. Calzada sur. Emboquille lado Jaca al túnel de Menazos.

Huesca

Zaragoza

Características de los diferentes tipos de sostenimiento

Tipo Boquilla

Sostenimiento y longitudes de avance máximas

Sellado con 5 cm de hormigón proyectado con 35 kg de fibra metálica

1 ud/m cercha HEB-160

Dos capas de 8+9 cm (17 cm) de hormigón proyectado con 35 kg de metálica

Paraguas micropilotes Ø=120 mm con acero CSTM-80 Ø=73 mm, e= 7,5 mm

Longitud de avance máxima: 1 m

Sellado con 5 cm de hormigón proyectado con 35 kg de fibra metálica

A

1 bulón Ø 25 de 4 m en red 2,00 x 2,00 m

Longitud de avance máxima: 2 o 4 m

Sellado con 5 cm de hormigón proyectado con 35 kg de fibra metálica.

Cercha THN-21 cada metro de avance.

B

Tipo C

Dos capas de 6+6 cm (12 cm) de hormigón proyectado con fibras metálicas.

Longitud de avance máxima: 1 m

Sellado con 7 cm de hormigón proyectado con 35 kg de fibra metálica

1 bulón Ø 25 de 4 m en red 2,00 x 2,00 m

Longitud de avance máxima: 3 m (calzada sur) y 2 m (calzada norte)

del tipo A en toda la longitud excavada fuera de los 15 m en la zona de boquillas, pero la calidad de la roca atravesada que apareció resultó algo inferior a la prevista, por lo que, en función de los valores de RMR de Bieniawski (1989) y Q de Barton obtenidos, se definió un sostenimiento intermedio tipo C que finalmente se aplicó en toda la longitud de ambos tubos. Además en la entrada de la calzada norte se ha ampliado a 20 m el tipo Boquilla ejecutado.

Durante la excavación y sostenimiento se han realizado controles de calidad al hormigón proyectado y a los bulones, controles geométricos y topográficos, así como controles geológicos-geotécnicos.

Con el propósito de garantizar que no surjan problemas durante el mantenimiento y la explotación de los túneles, aunque los estudios hidrogeológicos efectuados en el proyecto indicaban que no se preveían filtraciones procedentes del macizo rocoso y teniendo en cuenta que en cualquier obra subterránea puede presentarse afluencia de agua no detectada previamente, se procedió a la impermeabilización completa de los túneles en mina tras finalizar los trabajos de sostenimiento, a pesar de que inicialmente no se había contemplado su impermeabilización.

El sistema de impermeabilización se ha colocado confinado entre el sostenimiento y revestimiento; para ello, una vez preparado el soporte, se ha fijado sobre las paredes del túnel un geotextil 100% de polipropileno antipunzonamiento tipo 9 con un gramaje de 500 g/m2 y, sobre esta capa protectora, se ha colocado una lámina de PVC-P de 1,5 mm de espesor; las láminas son soldadas entre sí mediante una soldadura doble por termofusión con canal central para pruebas realizada mediante cuña (+/- 400 ºC) y con presión mediante rodillos, para la obtención de una junta estanca. El agua será recogida por un dren de 100 mm colocado en ambos lados en la parte más baja que, a su vez, verterá el agua mediante tramos de tubería de PVC de Ø 100 mm al colector de filtraciones de Ø 250 mm emplazado bajo el arcén en toda su longitud.

El revestimiento de los túneles en mina se ha ejecutado con un espesor de 30 cm de hormigón en masa HM-30 con la ayuda de un carro encofrador de 15,00 m de longitud, constituido por una superficie de encofrado metálico coincidente con el perfil del intradós del túnel y una estructura portante movible.

Sellado en sostenimiento tipo A.

Tipo

Tipo

Aunque se habían instalado tubos de inyección por si era necesario realizar inyecciones con lechada de cemento a cierta presión para rellenar los huecos existentes, no ha sido necesario.

Para permitir una adecuada integración ambiental de los túneles de Esco y Menazos, se ejecutan falsos túneles o túneles artificiales en los extremos de los dos tubos construidos en mina con un relleno posterior con talud frontal de 3H/2V que se revegetará. En ambos túneles, las estructuras ejecutadas son unas bóvedas porticadas en hormigón armado HA-30 in situ, con cimentación independiente de zapatas. Sus longitudes varían entre los 32 y 29 metros para Esco y entre 37 y 34 metros para Menazos.

El falso túnel San Martín

A pesar de que el trazado de la autovía A-21 ha buscado la mínima afección a la Red Natura 2000, en la ejecución del tramo de enlace de Sigüés-enlace Tiermas se afecta al LIC ES2430047 Sierras de Leyre y Orba, por lo que, al objeto de minimizar las afecciones de la nueva infraestructura sobre el LIC, se ejecuta el falso túnel San Martín, concebido como un ecoducto y que, tras la restauración ambiental prevista, permitirá la permeabilidad de la fauna por la parte superior y la integración paisajística de sus emboquilles. El falso túnel San Martín tiene una longitud de 202 m y está formado por dos bóvedas prefabricadas de hormigón armado triarticuladas, una para cada calzada, de 6,40 m de radio interior. El terreno era alomado, por lo que la excavación máxima realizada ha sido de unos 40 m y el punto más alto del relleno realizado una vez construida la estructura está a 21 m. En líneas generales el proceso constructivo realizado podría resumirse:

De arriba a abajo, Impermeabilización del túnel en mina Revestimiento del túnel en mina. Falsos túneles. Boca lado Jaca. Túnel de Esco en fase de construcción. Falsos túneles. Boca lado Pamplona. Túnel de Menazos en fase de relleno.

• excavación del terreno natural hasta la cota de la solera;

• ejecución de cimentaciones;

• colocación de las bóvedas prefabricadas;

• relleno lateral por tongadas hasta 50 cm de clave;

• ejecución de viga de atado en clave de bóvedas; y

• relleno final sobre la bóveda hasta cota definitiva.

Instalaciones

En cumplimiento del RD 635/2006, de 26 de mayo, sobre requisitos mínimos de seguridad en los túneles de carreteras del Estado, los túneles deben disponer de un equipamiento mínimo para garantizar la seguridad a los usuarios que circulen por ellos; en nuestro caso, este equipamiento se ha aumentado con lo que finalmente se dotará a los tres túneles con salidas, puestos y señalización de emergencia, detectores de CO, opacímetros, iluminación, Sistema de alimentación ininterrumpida (SAI), generadores de emergencia, señalización según normas 8.1-IC y 8.2-IC, así como barreras y semáforos exteriores.

Gestión de los túneles en explotación

Cada túnel dispondrá de un Centro de Control Local, pero su gestión, una vez en explotación, se realizará desde el Centro de Control de Túneles de Monrepós (CCTM), que se encuentra a una distancia de 95 km de los túneles en cuestión. Con los tres túneles en ejecución se aumentará la monitorización y gestión a 13 túneles que, en su conjunto, sumarán más de 13 km de longitud que se añadirán a los 10 túneles, y más de 12 km de longitud que actualmente ya se gestionan de forma centralizada.

Restauración ambiental del falso túnel San Martín

Alzado-Sección longitudinal Escala 1:800

• Talud Lateral 1H: 2V

• Actuación: Hidrosiembra H2

• Talud Lateral 1H: 2V

• Actuación: 25 cm Tierra vegetal e hidrosiembra H1 y plantación de especies arbustivas:

• Actostaphyllosuva-ursi (0,25 ud/m2)

•Thymusvulgaris(0,25ud/m2)

•Genistascorpius(0,25ud/m2)

Alzado-Sección transversal A-A' Escala 1:500

• Berma Sup. desarrollada: 140 m2

• Actuación: 25 cm Tierra vegetal y plantación arbustiva:

• Amenchalier ovalis (0,05556 ud/m2)

•Genistascorpius(0,2778ud/m2)

•BuxusSempervirens(0,22778ud/m2)

• Talud Frontal 2H: 1V

Sup. desarrollada: 3862 m2

• Actuación: 25 cm Tierra vegetal e hidrosiembra H1 y plantación de especies arbustivas:

•Thymusvulgaris(0,55ud/m2)

• Quercus coccifera (0,25 ud/m2)

•Genistascorpius(0,25ud/m2)

Alzado-Sección transversal B-B' Escala 1:500

• Talud Frontal 2H: 1V

Sup. desarrollada: 2876 m

• Actuación: 25 cm Tierra vegetal e hidrosiembra H1 y plantación de especies arbustivas:

•Thymusvulgaris(0,50ud/m2)

• Quercus coccifera (0,25 ud/m2)

•Genistascorpius(0,25ud/m2)

• Terreno llano

Sup. desarrollada: 4838 m2

• Actuación: 25 cm Tierra vegetal e hidrosiembra H1, plantación tipo P2 arbórea y arbustiva. Ecoducto. Motas de tierra >1m y mayor densidad de arbustos en laterales. Plantaciones:

• PinusNigra(densidadsegúnplano.Total394uds)

•Quercusfaginea(0,25ud/m2)

• Quercus Rotundifolia (0,25 ud/m2)

•JuniperusCommunis(0,25ud/m2)

La zona central debe quedar libre para el paso de la fauna.

* En los edificios de instalaciones de los túneles se realizará un aplacado de piedra exterior para una mayor integración de los mismos.

• Berma Sup. desarrollada: 160 m2

• Actuación: 25 cm Tierra vegetal y plantación arbustiva:

• Amenchalier ovalis (0,05556 ud/m2)

• Genista scorpius (0,02778 ud/m2)

• Buxus Sempervirens (0,022778 ud/m2)

Genisgta Scorpius

Pinus nigra

Quercus faginea

Buxus Sempervirens

Hidrosiembra 1

Hidrosiembra 2

Quercus rotundifolia

Juniperus communis

Amelanchier ovalis

Vista general del túnel

• Talud Lateral 1H: 1V

• Actuación: Hidrosiembra H2

Mota de tierras H>1 m Edificios de instalaciones túneles*

Thymus vulgaris

Quercus Coccifera

Diseño preliminar de las estructuras en mina del segmento sur de la Ontario Line

El segmento sur de la nueva línea de metro de Toronto–Ontario Line cruzará el centro de la ciudad mediante la excavación de dos túneles gemelos de 6 km de longitud y 6 estaciones en caverna que se ejecutarán en margas expansivas con altas tensiones horizontales y comportamiento anisotrópico. Este artículo describe el diseño preliminar de las estructuras en mina y la estrategia de modelización numérica para la estimación de desplazamientos y esfuerzos inducidos en estructuras existentes.

Palabras clave SEM, cavernas, Metro, asientos, anisotropía, Toronto.

The south segment of the new Toronto–Ontario Line runs through the center of the city and comprises 6 km of twin running tunnels and 6 large span station caverns excavated in the Georgian Bay Formation, a massive shale with interbedded dolomitic siltstone, exhibiting challenging anisotropic behaviour and with high horizontal in-situ stresses and sub-horizontal bedding planes. This paper describes the numerical modelling for advanced preliminary design required to confirm proof-of-concept and potential impacts to existing adjacent structures

Keywords SEM, caverns, Metro, settlement, anisotropy, Toronto.

La nueva línea de metro de Toronto–Ontario Line mejorará significativamente la movilidad en el centro de la ciudad

Enrique Alcanda Renquel

ICCP, CEng, Tunnel Engineer. Mott MacDonald Spain.

Carlos Herranz Calvo

PE (California), PMP, Technical Principal.

El proyecto de construcción de la Ontario Line en Toronto, Canadá, comprende la ejecución de una nueva línea de metro de 16 km de longitud que conectará Exhibition Place con el vecindario de Flemingdon Park, mejorando la movilidad en el centro de la ciudad. Supondrá una reducción de los niveles de ocupación de las líneas existentes gracias a su conexión con las líneas 1 y 2 de la TTC, tres líneas de GO Transit y con la línea Engliton Crosstown. El proyecto contempla la ejecución de 15 nuevas estaciones con estructuras en mina y cut-and-cover, así como la excavación de los túneles de línea, como se muestra en la imagen inferior.

Mott Macdonald forma parte del equipo de asesoría técnica para la administración (Metrolinx–Infraestructure Ontario IO) ofreciendo servicios de planificación, ingeniería medioambiental, diseño, desarrollo de especificaciones técnicas, supervisión de métodos constructivos así como servicios de puesta en marcha del proyecto.

La ejecución de los trabajos del segmento sur de la nueva línea, el cual incluye obra civil, estaciones y construcción del túnel, fue adjudicado en 2022 como concesión a la UTE formada por Ferrovial Construction Canadá Inc y VINCI Construction Grands Projects.

El presente artículo se centra en la descripción de los servicios prestados por la oficina de España de Mott Macdonald (MM), entre los que se incluye el diseño conceptual de las estaciones en caverna mediante el desarrollo de análisis de elementos finitos con el fin de estudiar la afección de los trabajos a estructuras subterráneas y superficiales existentes.

Geología y parámetros geotécnicos

La geología regional del proyecto en su segmento sur se caracteriza por la disposición de depósitos glaciares e interglaciares sobre una formación de rocas sedimentarias del Paleoceno, las margas de la bahía georgiana (Georgian Bay shales), donde tendrá lugar la excavación de todas las estructuras subterráneas.

Las margas de la bahía georgiana están compuestas por margas intercaladas con limos dolomíticos y, en menor medida, por roca caliza. En su franja superior, en torno a uno y tres metros de espesor, la roca se encuentra entre parcial y totalmente fragmentada.

En cuanto a su discontinuidad, la formación presenta familias de juntas horizontales (0º) y subverticales (70º-90º) que, junto con sus elevados ratios de tensiones horizontales in situ (σhor/σvert), demuestran un claro

comportamiento anisótropo. La existencia de elevadas tensiones horizontales tiene su origen en periodos glaciares y en el comportamiento anisótropo de la tectónica regional.

Dicha anisotropía se refleja también en un comportamiento tenso-deformacional con elevados módulos de elasticidad horizontal en comparación con el vertical (Eh=3Ev)

Las margas de la bahía georgiana muestran además un comportamiento expansivo anisótropo dependiente del tiempo.

Modelización del comportamiento anisotrópico de las margas de la bahía georgiana Los equipos de túneles y geotecnia colaboraron estrechamente en el desarrollo de modelos simplificados para validar los parámetros geotécnicos de diseño asegurando su compatibilidad con las tensiones existentes. Las imágenes de la izquierda muestran las tensiones horizontales de la roca en proyecto, definiendo unos valores bajos, medios y altos recomendados por el equipo geotécnico. El comportamiento anisótropo de la roca supuso un desafío para la obtención de resultados fiables de los modelos de elementos finitos. Los software comerciales disponibles incluyen varios modelos constitutivos para representar el comportamiento de los macizos rocosos y la interacción suelo-estructura, todos con sus ventajas y sus limitaciones. Se estudió la representación de la roca mediante modelos continuos y discretos, considerando a su vez diferentes modelos constitutivos.

En los modelos continuos, descritos a continuación, las discontinuidades de la roca no están explícitamente representadas y el macizo rocoso se representa como un volumen continuo.

Planta general del proyecto

de elementos finitos

Diseño conceptual de las estructuras en mina

El segmento sur de la Ontario Line comprende múltiples estructuras en mina excavadas mediante SEM (Sequential Excavation Method), un término empleado en Norteamérica para designar el nuevo Método Austríaco o método de excavación secuencial. Incluye cinco estaciones en caverna y sus conexiones con los pozos de acceso en cut-and-cover, así como conexiones con los pozos de ventilación y salidas de emergencia. Además, las excavaciones de las estaciones de Corktown y Queen están proyectadas como una combinación de cutand-cover y excavación en mina. El segmento sur también cuenta con tramos de túnel de línea que podrían ser ejecutados en mina y una caverna de cruce de vías.

La primera imagen que aparece en la página siguiente muestra la configuración de una típica estación en mina con conexiones a superficie a través de pozos verticales.

Geometría

La geometría de las estructuras en mina se determinó tanto por condicionantes de operación definidos por las distintas disciplinas como por hipótesis de construcción que deberán ser confirmadas por el contratista durante el diseño final. El diseño conceptual de cavernas de estación contempla una plataforma central de 10.3 m y cobertera reducida en roca sana. Las dimensiones de excavación son 21.7 m de ancho y 16.6 m de alto.

Modelos

Modelo GHB

Modelo DFN

Modelo JR

Diseño preliminar del sostenimiento Si bien durante la fase preliminar de diseño se establecieron algunas directrices con el fin de determinar la viabilidad de las geometrías propuestas, tanto la secuencia de excavación de las cavernas como el diseño del sostenimiento serán responsabilidad del contratista, que deberá realizar un diseño de detalle de acuerdo con sus preferencias de excavación y sostenimiento.

El sostenimiento propuesto se compone de bulones, hormigón proyectado de fibras y cerchas reticulares para perfilado de la sección. Se prevé el empleo de paraguas de micropilotes para el inicio de las excavaciones en mina. Se emplearon modelos continuos y discretos con el software Rocsience RS2 considerando diferentes estratigrafías e incluyendo análisis de sensibilidad con el objetivo de definir los limites superiores e inferiores.

Diseño preliminar del revestimiento

Para definir el espesor del revestimiento de hormigón y cuantías de armadura se desarrollaron modelos estructurales con muelles mediante el software Robot Structural, considerando el peso propio y los empujes horizontales y verticales, tanto del terreno como del agua. A su vez, se llevó a cabo un estudio seccional mediante el software Response 2000 cumpliendo los requerimientos del código canadiense Canadian Standard Association (CSA).

El contratista deberá considerar también en el diseño de detalle la expansividad de la roca y las cargas sísmicas y de fuego, así como cualquier carga derivada de los futuros desarrollos en superficie (Transit-Oriented Communities TOC).

Análisis del paso bajo el túnel de Enwave

Entre las estaciones de Osgoode y Queen, los túneles de línea pasarán bajo los túneles de Enwave a una distancia mínima de 2.2 m.

Se trata de una infraestructura crítica para Toronto, ya que los túneles de la Enwave Energy Corporation transportan agua fría extraída del lago Ontario para la climatización de hospitales, centros de datos, centros educativos, así como edificios gubernamentales, comerciales y residenciales.

Mott MacDonald llevó a cabo un análisis preliminar del impacto de la construcción de los túneles de la Ontario Line en los túneles de Enwave, incluyendo un estudio de estabilidad global y una comprobación estructural de las tuberías metálicas de suministro de agua. Para ello, se utilizó un modelo tridimensional de Plaxis con Jointed rock model En la modelización de los túneles existentes de Enwave se incluyen las tuberías de acero, el canal central de drenaje y el relleno de hormigón de la mitad inferior de cada túnel, representado mediante un modelo constitutivo de hormigón de Plaxis que tiene en cuenta el comportamiento no lineal del hormigón.

Las verificaciones que se realizaron fueron las siguientes:

• deformaciones inducidas por la excavaciones de los túneles de Ontario line;

• análisis de tensiones en el recubrimiento de hormigón de las tuberías metálicas de Enwave; y

• pandeo en las tuberías metálicas de Enwave.

Los resultados en deformaciones inducidas en las tuberías resultaron ser menores

que los límites impuestos por Enwave: 6 mm como límite de desplazamiento admisible y 0.34 de ángulo de rotación.

Las tensiones en el hormigón de recubrimiento de las tuberías en la zona superior y cerca del canal de drenaje central excedían sus capacidades a compresión y tracción. Se estudió por tanto la posible reducción del confinamiento de las tuberías en su parte superior que, en última instancia, podría conducir a un fallo por pandeo en las tuberías.

Los resultados de las presiones radiales del modelo de elementos finitos de Plaxis se usaron para estudiar el pandeo en las tuberías metálicas mediante soluciones analíticas en base al manual ASCE Steel Penstocks y con modelos estructurales de elementos finitos, todos ellos con resultados de factores de seguridad frente al pandeo aceptables.

Como comprobación adicional, se desarrolló un modelo de Plaxis 2D imponiendo una pérdida de resistencia del hormigón en la zona cercana al canal de drenaje (véase, a la derecha, la imagen superior) con su correspondiente redistribución de presiones radiales. Como medida de mitigación dada la importancia de la operatividad de los túneles de Enwave, se propuso reforzar las capas de hormigón superior cerca del canal de drenaje con tres alternativas: placa metálica, capa de hormigón reforzado con fibras de polímeros sintéticos y una capa adicional de hormigón con mallazo. Se desarrollaron varios modelos de EF 2D con el fin de estudiar su efectividad para incrementar el confinamiento de las tuberías en su parte superior y, por tanto, aumentar su factor de seguridad frente al pandeo (véase tabla de la derecha).

de Plaxis 2D

pérdida

metálica

Ejecución Necesidad de soldadura

Dificultad constructiva

Requiere conexiones al hormigón

Fibras de refuerzo de polipropileno Hormigón

Fácil instalación Fácil instalación

Impacto sobre el nivel de servicio de los túneles Enwave

Efectividad

Placa

Medio

Medidas de mitigación para las tuberías de Enwave. Matriz comparativa de riesgos

Modelo

con

de resistencia del hormigón en la zona superior central

De arriba a abajo, Estación tipo del segmento sur. Vista en 3D. Túnel existente de Enwave.

Análisis de afección a las estaciones de la TTC en Osgoode y Queen

Las estaciones de Queen y Osgoode estarán conectadas con la línea 1, perteneciente a la comisión de tránsito de Toronto (Toronto Transit Commission TTC).

Mott MacDonald ha realizado un diseño conceptual de los pozos y las cavernas de estas estaciones con el fin de demostrar que los niveles de deformación y esfuerzos inducidos sobre las estaciones existentes están dentro de los requisitos impuestos por la TTC. Los principales elementos estructurales incluidos en los modelos 3D de Plaxis son los siguientes:

• Línea 1 TTC existente (en Queen y Osgoode): está compuesta por módulos estructurales independientes conectados con juntas perimetrales de expansión, las cuales han sido modelizadas como elementos de conexión tipo custom, ofreciendo grados de libertad en todas las direcciones (rotación, traslación x, y, z).

• Pozos de excavación para las nuevas estaciones: la excavación se prevé que se realizará en el nivel de suelos con pantallas de pilotes secantes empotradas mínimo 2 m en la roca competente, puntales pretensados para controlar la deformación lateral y, una vez la excavación alcanza la roca, mediante bulones y hormigón proyectado.

Requisitos de deformación sobre los túneles existentes de la TTC

Nivel de revisión

Movimiento relativo entre dos juntas continuas 2

Movimiento relativo sobre las vías del tren

Movimiento total en cada módulo de la estación TTC

de alerta

3 mm en 9.4 m de vía (0.32 mm/m) 5mm en 9.4 m de vía (0.53 mm/m)

• Caverna SEM: para las fases constructivas de la caverna (21.7 m x 16.5 m), se propone dividir la sección tipo en 9 subsecciones con un sostenimiento mediante bulones y hormigón proyectado. La roca se representa con el modelo de Plaxis 3D Jointed Rock (véase tabla a la izquierda). En la infografía de la página 23 se muestran las deformaciones y desplazamientos de los módulos de la línea 1 de la TTC frente a los requerimientos de niveles de revisión y alerta correspondientes. En dos de las juntas

de expansión la previsión de los movimientos relativos entre módulos adyacentes exceden el nivel de revisión definidos por la TTC. Mott MacDonald recomendó analizar en profundidad medidas de mitigación en fases más avanzadas del proyecto, como el uso de placas metálicas para conectar módulos contiguos.

En esta fase se llevó a cabo también una comprobación estructural de los módulos de las estaciones existentes.

Para los módulos que mostraron potenciales deficiencias estructurales se considerarán medidas de refuerzo que deberán ser confirmadas e implementadas en las siguientes fases de diseño.

Conclusiones

La nueva línea de metro de Toronto–Ontario Line mejorará significativamente la movilidad en el centro de la ciudad, reduciendo los niveles de ocupación de las líneas existentes, así como el tiempo de los trayectos gracias al mayor número de interconexiones.

El proyecto incluye estaciones en caverna de grandes dimensiones que serán excavadas en las margas de la bahía georgiana, caracterizadas por un claro comportamiento anisótropo con elevadas tensiones horizontales.

Dicho comportamiento anisótropo supone un desafío para la modelización numérica de la roca. Gracias a una estrecha colaboración entre los departamentos de Túneles y Geotécnica, se validaron los parámetros geotécnicos de diseño, comprobándose su compatibilidad con las altas tensiones existentes. Algunos ejemplos de la compleja modelización del comportamiento de la roca y el análisis del impacto sobre estructuras existentes son el cruce con los túneles de la Enwave Energy Corporation, y la ejecución de las nuevas estaciones de Queen y Osgoode, por debajo de la línea 1 de la TTC, comprobando el cumplimiento de los límites impuestos por los propietarios de estas infraestructuras.

Maximun differential movement.

Line#1 joints-Final Stage

Normalized differential movement.

Line#1 tracks-Final Stage

(3 mm/9.4 m)

Transversal horizontal displacements.

Line#1-Final Stage

Estación de Osgoode

Túneles de Udalaitz del sector 2 de la Y vasca

El presente artículo muestra una síntesis de la ejecución de los túneles de Udalaitz del sector 2, en el nudo de Mondragón-Bergara-Elorrio, integrados dentro de la línea de alta velocidad ferroviaria Vitoria-Bilbao-San Sebastián, también denominada Y Vasca, cuyos segmentos enlazan Vitoria–Gasteiz con Bilbao y San Sebastián/Donostia, con la frontera francesa. La importante inversión en esta nueva red pretende dar respuesta a una triple exigencia: interconexión entre capitales, acceso al resto del territorio nacional, e interconexión con la red internacional. Los túneles de Udalaitz constituyen el elemento central de esta infraestructura que adquiere la forma de un gran triángulo invertido de unos 8 km de longitud y que atraviesa el macizo de Udalaitz mediante un complejo sistema de túneles. Dada la longitud de estos túneles su ejecución ha tenido que superar grandes riesgos y problemas con soluciones y actualizaciones en el diseño de la ejecución del proyecto que describiremos en este artículo. Palabras clave Udalaitz, Y Vasca, túneles, karstificación.

This article provides a summary of the construction of the Udalaitz tunnels Section 2 at the Mondragón-Bergara-Elorrio junction, part of the Vitoria-Bilbao-San Sebastián high-speed railway line, also known as the "Basque Y", whose segments link Vitoria–Gasteiz with Bilbao and San Sebastián/Donostia, with the French border. The important investment in this new network aims to respond to the triple requirement: interconnection between capital cities, giving access to the rest of the national territory and its interconnection with the international network. The Udalaitz tunnels are the central element of this infrastructure, which takes the form of a large inverted triangle some 8 km long that crosses the Udalaitz massif by means of a complex system of tunnels. Given the length of these tunnels, their execution has had to overcome great risks and problems with solutions and updates in the design of the project execution that we will describe in the article.

Keywords Udalaitz, Basque Y, tunnels, karstification.

Juan Jesús Bengoa Romero Director de Obra de ADIF-AV.

Francisco Javier Nieto Fernández Geólogo sénior de TYPSA.

Carlos LópezSeoane Espil Jefe de Unidad de TYPSA.

Jorge Lamora Suárez Gerente-Jefe de Obra de Dragados.

Julio César González González Jefe de Túnel de TECSA.

Sector 3• (2,8 km.)

MondragónBergara

Sector 1• (5,1 km.)

MondragónElorrio Bergara

Sector 2• (5,2 km.)

MondragónElorrio Bergara

El presente artículo muestra una síntesis de la construcción de los túneles de Udalaitz del sector 2, un tramo que se encuentra integrado en la línea de alta velocidad ferroviaria Vitoria-Bilbao-San Sebastián, más conocida como Y vasca, más en concreto, en el nudo de Bergara, que constituye el elemento central de esta infraestructura con forma de gran triángulo invertido de unos 8 km de longitud, que atraviesa el macizo de Udalaitz mediante un complejo sistema de túneles.

En este contexto, expondremos los principales riesgos y problemas que han acontecido durante su ejecución y las principales soluciones adoptadas.

Túneles de Udalaitz

Existen tres túneles de Udalaitz: el Udalaitz 1, que corresponde a la línea Vitoria-Bilbao

y que se integra en el tramo MondragónElorrio finalizado en el 2012, y los túneles de Udalaitz Este y Oeste, de una longitud aproximada de 6900 m, que actualmente se encuentran en ejecución. A su vez, estos han sido divididos desde el punto de vista constructivo en dos tramos, el sector 1 y el sector 2, de la Línea de Alta Velocidad Vitoria-Bilbao-San Sebastián. Se caracterizan por atravesar la montaña de Udalaitz, de 1120 m de altura, y la falla de Kanpazar.

Geológicamente también pueden ser divididos en dos grandes tramos con distintos comportamientos geotécnicos. El primer tramo, formado por los litotipos fundamentalmente carbonatados del Urgoniano (calizas y margo-calizas), que arranca en el valle de Kobate y discurre hasta el contacto con el cabalgamiento de Udalaitz (2000 m aprox.)

donde se encuentra con los materiales terrígenos del Infra-Urgoniano, los cuales dan paso al segundo tramo, conformado por los litotipos detríticos (lutitas, limolitas y areniscas), que se distribuyen hasta el final de los túneles, en el valle de Angiozar (4900 m).

Riesgos y soluciones de la excavación de los túneles de Udalaitz

La excavación de los túneles de Udalaitz del sector 2 se ha caracterizado por el reto de superar numerosos riesgos propios de una infraestructura subterránea de esta longitud, siendo los más importantes los que describimos a continuación:

Riesgo por el cruce con otros túneles

En el entorno del PK 1+400 y 1+600, la galería 1 y el túnel Udalaitz Oeste atraviesan

Sector 1 Mondragón-Elorrio Bergara 5,1 km

Sector 2 Mondragón-Elorrio Bergara 5,2 km

Sector 3 Mondragón-Bergara 2,8 km

por su parte inferior el túnel de Udalaitz 1 ya ejecutado, del tramo Mondragón-Elorrio. El resguardo entre ambos túneles es de aproximadamente 5 m. Por ello, esta excavación se ve condicionada por el riesgo de producir movimientos e inestabilidades, o incluso el colapso, si existiera una alta karstificación localizada en la zona atravesada. Este aspecto fue estudiado en detalle, disponiendo de un protocolo especifico de excavación de la zona y teniendo en cuenta dos aspectos fundamentales: la ejecución y el control de las secciones construidas. En la excavación se ha alternado el empleo de voladuras con baja carga explosiva con los medios mecánicos, en función de la distancia y de los datos de la auscultación, recurriéndose a sostenimientos pesados de refuerzo con independencia de la calidad geomecánica

de la roca. Por otro lado, se ha seguido un estricto control de vibraciones para comprobar la posible afección de la infraestructura existente así como un control mediante estaciones robotizadas del túnel existente, no solo para comprobar la integridad de la sección, sino también el asiento relativo entre secciones.

Riesgos asociados a la excavación de una galería de ataque intermedio (GAI)

Dada la longitud de los túneles, se ha diseñado un ataque intermedio que permite la creación de nuevos frentes de trabajo, optimizando así los plazos de ejecución. Por otro lado, una cuestión que no se planteaba inicialmente en el proyecto, y que esto ha permitido, es la gestión de las aguas de infiltración de las karstificaciones que, como se

describirá más adelante, en los túneles que nos ocupan ha sido una cuestión primordial. Los riesgos surgen por la posición del ataque intermedio, ya que este debe situarse en un punto donde se conjugue la optimización de las distancias a los frentes de excavación y el depósito de sobrantes con una zona de baja cobertera para su emboquille, dando lugar como único punto viable la zona cercana al arroyo Zumelegui, en la falla de Kanpazar.

La excavación de una galería para albergar 4 frentes de excavación implicó la construcción de una sección de dimensiones considerables (sección Caverna) y entronques con ejes hacia ambos avances; para ello, se realizó un estudio de detalle por parte de la empresa TEAM, dando lugar a un protocolo de excavación con sostenimientos específicos y una

LAV Vitoria-Bilbao-San Sebastián. Perfil túnel de Udalaitz Oeste de D. Arias de la Universidad de Oviedo. Interpretación previa a la excavación del sector.

Vista panorámica de los túneles de Udalaitz (eje este y oeste).

Nudo de Bergara (Elorrio-MondragónBergara).

estricta secuenciación de esta, tal y como puede apreciarse en el modelo siguiente: No obstante, debido al riesgo de fluencia de los materiales presentes durante la excavación y ante la presencia de abundante agua retenida en las lutitas en toda la excavación, se adoptó, de manera preventiva, la ejecución de unas contrabóvedas provisionales tanto en la fase de excavación en avance como en destroza. Gracias a ello no se ha registrado ninguna deformación superior a las esperadas por el estudio de detalle.

Riesgos asociados a fenómenos kársticos

Quizás este suponga el mayor de los riesgos a los que se ha enfrentado la construcción de esta infraestructura. Los sistemas kársticos pueden definirse, grosso modo, como formaciones geológicas de rocas consolidadas cuyos poros o fisuras han sido ensanchados por disolución como efecto de la meteorización química de este sustrato, ya sea salino, dolomítico o calizo. En nuestro caso se produce sobre las calizas del complejo urgoniano.

Asociada al desarrollo de la disolución está la generación de cavidades, conductos y cuevas de mayor o menor entidad que pueden estar comunicadas con la superficie. Debido a ello, en la zona de las obras se sitúa la cueva de Lezetxiki, que es un yacimiento arqueológico, paleontológico y paleoantropológico. Su alto valor fue clave para la última modificación de trazado, y siempre se ha tenido

De arriba a abajo, Zona de instalaciones GAI.

Detalle de secuencia de ejecución de la GAI.

Caverna GAI en fase de destroza.

en cuenta tanto en la excavación de las obras subterráneas de túnel en mina como en las excavaciones superficiales para emboquilles y cimentaciones.

Para solventar este riesgo se ha seguido un estricto protocolo de vigilancia de la excavación, que ha permitido valorar y catalogar las posibles afecciones al patrimonio cultural paralizando cualquier actuación que pudiese poner en peligro dicho patrimonio. Por otra parte, el mayor riesgo asociado a los fenómenos kársticos es el que, sin duda, ha supuesto y supone el mayor de los esfuerzos para su control, que no es otro que el aporte repentino y abundante de aguas de infiltración en los túneles.

La excavación de los túneles ha estado fuertemente condicionada por la presencia y tipo de karstificación. En el perfil esquemático de la Universidad de Oviedo que se puede ver en la parte superior derecha de la página 43, se puede observar que se han travesado tres disposiciones de karstificación:

• Karst de la zona de transporte, en el sector Kobate. Se caracteriza por conductos o grietas limpias, sin relleno, que atraviesan totalmente la sección del túnel. Su afección es la de aportar importantes caudales de entrada de agua al túnel, a los que se le puede dar una evacuación por su salida en la zona baja de la sección del túnel.

• Karst de la zona basal, en el sector Bostiturrieta. Este es el más problemático. Podría tratarse de una zona baja o de fondo

Karstificación según los levantamientos de frente en las zonas de actuación

Karstificación según los levantamientos de frente

Bloque diagrama macizo kárstico

Karstificación por sectores 1. Tepuys (karst en cuarcitas)

Lapiaz (karst de alta montaña)

5. Uvala 6. Polje 7. Ponor 8. Dolinas de hundimiento 9. Puente de roca

Fuente: Tomada de J. L. Saura para J. Martinez en Ediciones Desnivel.

Eje Oeste Mondragón-Bergara

Eje Este Mondragón-Bergara

Eje Mondragón-Elorrio Banda Karstificada

de la karstificación, donde no ha progresado, bien porque no ha tenido tiempo o porque ha encontrado un material más resistente frente a este fenómeno. En esta zona nos encontramos con tubos con rellenos kársticos de muy diferente composición, con agua, que, dependiendo de su desarrollo, puede suponer una presión considerable por corresponder a una importante columna de agua.

• Karst sin desarrollo, en el sector Kanpazar. La karstificación no ha progresado y se sitúa por encima. Esta zona no presenta ningún problema para la excavación, ya que se atraviesa un macizo sano.

Para iniciar la excavación de los túneles de Udalaitz, la primera cuestión era elegir el método de excavación, algo fundamental y de muy difícil elección a priori por las grandes incertidumbres planteadas. Sin embargo, partimos de tres premisas fundamentales:

• La seguridad de los trabajadores. Eso implicaba evitar que quedaran atrapados por una inundación súbita por un destaponamiento del relleno kárstico.

• El tratamiento adecuado de los distintos tipos de karstificación. Es decir, en función al tipo de karstificación debíamos actuar de diferente manera: en la zona de transporte (Kobate) debíamos dar continuidad a los conductos y grietas para permitir la circulación del agua. En la zona basal (Bostiturrieta), debíamos retener o consolidar el relleno kárstico para evitar la entrada del agua.

• Realizar la excavación con unos rendimientos adecuados. El macizo de Udalaitz se caracteriza por la presencia de una caliza masiva, pero con karstificaciones de diferentes tipos, lo que provoca que

cualquier método de excavación tenga sus inconvenientes.

Como resultado se decidió realizar la excavación con un método mixto, es decir, alternando voladuras controladas y medios mecánicos. El método de voladuras controladas se caracteriza por un plan de tiro, diseñado por Maxam, que limita la afección de la voladura a un mínimo contorno de la excavación, de manera que las voladuras evitaran movilizar rellenos kársticos en el entorno o tronar la roca del contorno. Se realizó una monitorización estricta de esas voladuras para que el diseño teórico se correspondiera con la realidad.

Por otro lado, desde el inicio de los trabajos de excavación se estableció un protocolo basado en las recomendaciones del proyecto que fue siendo modificado por Daniel Arias, doctor de la Universidad de Oviedo y supervisor geotécnico de las obras por parte de Adif, para optimizar su funcionalidad. Este protocolo pretendía adelantarse a la aparición de los conductos kársticos para realizar un tratamiento previo, teniendo como máximo objetivo evitar la movilización del relleno kárstico, ya que es, sin duda, la mejor barrera para evitar la entrada del agua hacia el túnel. También se ha realizado la excavación a sección completa para permitir la continuidad de los conductos en toda la sección, por si nos encontrábamos en la zona de karst de transporte.

Fueron medidas complementarias, pero igual de importantes, la concentración de la excavación de la zona kárstica en verano, aumentando el número de frentes de excavación desde las galerías de evacuación. También se diseñó un sistema de evacuación y bombeo del agua colocado sistemáticamente junto al resto de las instalaciones, de manera que se

De arriba a abajo, Cueva aparecida durante la excavación. Sección tipo cavidad STE-C.

pudiera evacuar el agua del frente de la excavación en todo momento. Por último, se instaló una estación meteorológica con avisos de alarma con umbral de precipitación, de manera que el personal de la excavación estuviera en sobre aviso.

Durante la excavación, se realizaba metodológicamente una serie de perforaciones de investigación sobre el frente de avance, en concreto, 5 sondeos a destroza de 12 m de longitud, para comprobar la calidad de la roca y la posible presencia de cuevas, rellenos o bolsas de agua. En aquellos casos donde se detectaba la presencia de una cavidad se ejecutaba una sección lo suficientemente abierta como para poder realizar un refuerzo de sección a base de cerchas HEB-160; esta sección pretendía ser un refuerzo sobre la posible carga hidráulica a la que se vería sometido el túnel en caso de que se produjera un golpe de agua. Además, sirve de soporte a encofrados metálicos perdidos (chapas tipo Bernold) que posibilitan el relleno de las cavidades atravesadas con hormigón bombeado. En concreto, en el sector hidrogeológico de Kobate —sin rellenos ni conductos verticales— el tratamiento aplicado fue permitir, en la medida de lo posible, su continuidad, es decir, desviar el conducto fuera de la sección de sostenimiento y permitir que los caudales aportados buscasen la salida natural por la contrabóveda del túnel, fuera de la sección sostenida. Una solución tipo Oberhasli, colocando incluso una tubería en el contorno de

Por el contrario, en las cavidades del sector hidrogeológico de Bostiturrieta, el tratamiento siempre estuvo encaminado a evitar el destaponamiento de los conductos y, en el caso que la propia excavación del túnel eliminase el relleno kárstico, que pudiera ser sustituido

por hormigón, cerchas pesadas y chapas tipo Bernold, de manera que se permitiera el relleno en las mejores condiciones. En aquellos lugares donde seguía introduciéndose agua en la sección por las fisuras, se emplearon inyecciones de resinas bicomponente que permitían la penetración profunda en el macizo,

ya que las demás inyecciones no eran efectivas por su fácil lavado o falta de penetración. Esta sección de refuerzo denominada sección tipo cavidad STE-C se completó, en aquellos lugares donde las cavidades se prolongaban por la contrabóveda, con el cierre de la sección utilizando para ello una contrabóveda provisional armada. De manera que se ejecutaba así un anillo completo de refuerzo a base de armadura rígida mediante cerchas, y mallazo de acero como refuerzo de la contrabóveda provisional.

A pesar de la aplicación de la sección tipo STE-C y de los tratamientos especiales, en algunas zonas de Bostiturrieta, en concreto en la parte basal, se pudo comprobar que cuando la sección se sometía a un periodo intenso de lluvias se producía una descarga repentina del sistema kárstico que llegaba a provocar la rotura de esta sección de refuerzo en distintos puntos, incluida la contrabóveda armada.

Por ello, y para evitar roturas incontroladas de la sección, en las zonas donde se producían las roturas fue necesario realizar una serie de alivios, perforaciones de 4 m de longitud que atraviesan la sección de refuerzo allí donde más fácilmente se pudiesen evacuar los importantes aportes de agua. De esta manera, se solventaron las roturas incontroladas del sostenimiento y el control de las entradas de agua en la fase de revestimiento y acabados.

Agradecimientos

Los autores de este artículo desean expresar su agradecimiento a Dragados, TECSA, Amenabar, TYPSA, Ineco, Maxam, team, Universidad de Oviedo y a todo el personal que ha participado en el proyecto, el cual, sin duda, no se habría podido acometer sin ellos.

De arriba a abajo, Vista de las obras en el interior. Finalizado el revestimiento.

Aida Santos Santamaría Presidenta de AETOSym.

“Somos jóvenes y apasionados por lo que hacemos”

AETOS young members (AETOSym) surge como una iniciativa de un pequeño grupo de jóvenes ingenieros allá por 2019 y hoy, cuatro años más tarde, cuenta ya con casi 50 miembros. El grupo está compuesto por perfiles muy variados de jóvenes de entre 25 y 35 años a los que les une su interés en el apasionante mundo de las obras subterráneas. Entre sus miembros hay profesionales de numerosas empresas de ingeniería y construcción del sector, así como de algunas entidades públicas. Esta mezcla variopinta de jóvenes con distintos perfiles, estudios y edades promueve el desarrollo de actividades e iniciativas en un contexto dinámico y vital donde prima el intercambio natural de ideas entre jóvenes tuneleros que inician su andadura en el mundo profesional.

¿Suena interesante? Su presidenta actual, Aida Santos Santamaría, te cuenta un poco más sobre ellos en las próximas páginas: Empecemos por el principio, ¿cómo comenzó la asociación?

AETOSym comenzó como una iniciativa de crear un grupo homólogo al ya existente en la International Tunnelling Association (ITAym).

Todo empezó en 2016, como un grupo en LinkedIn con los alumnos de la edición del Máster de AETOS de ese año. Durante los primeros años, el grupo fue creciendo y atrayendo a conocidos que también se dedicaban a las obras subterráneas. Al alcanzar una cifra cercana a los quince miembros, se empezó a plantear la necesidad de fundar un grupo de manera oficial y elegir una Junta Directiva que facilitase el impulso de actividades y diera a conocer más las posibilidades que ofrecía la agrupación. Así pues, el día 16 de

AETOS/Redacción

septiembre de 2019 fue el día del nacimiento oficial de AETOSym. Y actualmente ¿cómo están organizados? A nivel de representantes de la asociación tenemos tres cargos oficiales: presidencia, vicepresidencia y secretaría. Cada cuatro años, cualquiera de los miembros del grupo se puede presentar como voluntario a ocuparlos y, mediante votación, se eligen los representantes del grupo. Como curiosidad, este año se renovó la junta y, a pesar de que un porcentaje alto de los miembros son hombres, la junta directiva está formada por mujeres. Además de estos cargos, en las reuniones que hacemos a lo largo del año se deciden las actividades que se quieren llevar a cabo y se buscan voluntarios para organizarlas de manera que cualquier miembro del grupo puede participar no solo en las actividades sino también en su organización.

Suena muy bien, pero ¿qué diría que lleva a la gente a apuntarse?

Normalmente la gente se anima porque conoce a alguien dentro de la asociación que le invita a apuntarse. Cuando ya estás dentro y empiezas a conocer a otros profesionales, muchos en la misma situación que tú, y compartes experiencias con ellos; entonces te das cuenta que realmente es un sitio donde quieres estar y participar.

Al final todos aportamos un poco y también recibimos mucho de los demás; es un grupo muy dinámico y hay un intercambio de conocimientos, anécdotas, oportunidades, etc. muy enriquecedoras para todos. El poder

que tiene la asociación como vía para poder ampliar conocimientos es un atractivo que muchos miembros comparten. Además de intercambiar conocimiento, también la divulgación es algo que nos gusta. Somos jóvenes y apasionados por lo que hacemos y, bueno, por eso el grupo sigue creciendo y también atrae cada día a más gente. La asociación siempre es un buen lugar de referencia para estar al corriente de seminarios, cursos y actividades que se llevan a cabo tanto por parte de AETOS como de otras asociaciones relacionadas con la profesión. Podríamos decir que el networking, el intercambio de conocimientos y el interés por la divulgación son los principales motivos por los que gente de todo tipo se anima a unirse.

¿A qué se refieren con gente de todo tipo?

¿Cuentan con perfiles muy distintos?

Los miembros de la asociación somos jóvenes de entre 25 y 35 años, el 82% son hombres y el 18% mujeres. En relación a sus estudios, AETOSym está formado por ingenieros de caminos, ingenieros geólogos, ingenieros de minas e ingenieros geotécnicos. Ingeniería de caminos es la más representativa del grupo, con más o menos un 55% de los miembros. Por otro lado, la mayoría de los asociados trabaja en empresas de diseño de ingeniería, en empresas constructoras, y una pequeña parte, en entidades públicas del Estado. Con tantos perfiles ¿se reúnen para compartir experiencias?

¡Por supuesto! Y esta es una de las grandes ventajas de AETOSym. Charlamos sobre diferentes proyectos en los que estamos involucrados. A veces hay miembros de diferentes empresas que están trabajando en el mismo proyecto; esto puede hacer que la calidad del mismo sea mayor al compartir puntos de vista y razonamientos cada vez que nos reunimos.

Además, hablar sobre las experiencias técnicas de cada uno amplía nuestros conocimientos en el sector. Conocer diferentes puntos de vista sobre alguna metodología o criterio siempre nos aporta algo positivo permitiéndonos incluso aplicarlo en nuestras correspondientes empresas. Además de reunirse para charlar o tomar algo, ¿qué otras actividades organizan? La verdad es que organizamos bastantes actividades a lo largo del año e intentamos juntarnos cada 2 o 3 meses para ir a cenar o realizar alguna visita relacionada con los túneles. Lo que intentamos es que la gente se conozca entre sí, intercambien opiniones, aprendan y les sirva para tener más visibilidad dentro del sector. De hecho, cada año vamos añadiendo alguna actividad nueva. Por ejemplo, este año hemos visitado varios de los museos de Metro de Madrid y hemos ido a ver las obras de la ampliación de la línea 3.

Otra actividad que llevamos realizando desde hace un par de años, y que a la gente le gusta bastante es la de ir a dar una charla a la universidad. Esto nos permite contar a los alumnos algún proyecto interesante en el que hayamos trabajado y que puedan ver a lo que nos dedicamos y quizá motivarles a especializarse en el mundo de los túneles cuando empiecen su vida laboral.

¡Qué interesante! ¿También participan en las actividades que organiza AETOS?

¡Claro que sí! De hecho hemos promovido que los miembros participen dentro de los grupos de trabajo encargados de la elaboración de guías y recomendaciones relacionadas con los túneles y no solo de AETOS sino también en los de la ITA. Una de las cosas que conseguimos fue que todas las vicepresidencias de los grupos estuvieran ocupadas por miembros jóvenes y, además, el grupo de trabajo de BIM está presidido por uno de nosotros.

Empresas

Por otra parte, desde hace un par de años, coincidiendo con la asamblea general de AETOS donde se entrega el Premio al Socio de Honor del Año hemos organizado el Premio al Joven Tunelero del Año. Esta iniciativa es similar a la realizada por la ITA y tiene como fin dar un reconocimiento a los jóvenes que empiezan a destacar dentro del sector. La asociación se creó en Madrid, pero ¿hay gente que viva fuera de Madrid y que esté dentro del grupo? Ahora mismo casi todos los miembros del grupo están en Madrid, pero hay algunos en Barcelona. De hecho, cuando vienen a Madrid por trabajo o para asistir a alguna jornada

Biblioteca Nacional de España

Del 6 de marzo al 16 de junio

Hablar sobre las experiencias técnicas de cada uno amplía nuestros conocimientos en el sector

cosas, como, por ejemplo disponer de una amplia red de contactos formada por profesionales con perfiles muy variados pero con intereses comunes; visibilidad dentro del sector; oportunidades laborales, etc. Formar parte de AETOSym aporta un valioso intercambio de experiencias e ideas dentro del sector de manera distendida para estar al día de las novedades técnicas. También da la oportunidad de asistir a eventos, jornadas técnicas, charlas, visitas a obras de interés técnico, actividades formativas complementarias, etc. Y, por último, pero no menos importante, haces nuevos amigos y conoces a personas muy interesantes! ¿Y cómo va lo del papeleo para apuntarse? ¡Es muy fácil! Simplemente debes cumplimentar un formulario que está en la página web de la asociación (https://aetos.es/socios/ hazte-socio/) y mandarlo al siguiente e-mail: . Los requisitos para formar parte del grupo es tener menos de 35 años e interés en el maravilloso mundo de las obras subterráneas. La cuota para los miembros de AETOSym es de 18 € anuales, así que no hay excusa para no apuntarse.

¿Algún consejo en particular para los estudiantes que están acabando y dudan si

Yo les diría que el campo de aplicación de las obras subterráneas es muy diverso y

polivalente. Una vez dentro puedes dedicarte a diseñar cimentaciones superficiales y profundas, minas, túneles, pozos etc., pero la base ingenieril es común en todos estos campos. Además, la incertidumbre añadida por el factor ’geotecnia’ hace que cada proyecto sea único, lo que supone un desafío constante desde el punto de vista del diseño o la construcción. El mundo subterráneo nunca dejará de sorprenderte por lo que una carrera profesional dedicada a este campo supone una carrera de aprendizaje continuo.

Y para las empresas del sector ¿cuál sería el interés de contratar a un YM?

A ver, ¿por dónde empiezo? Creo que una de las principales ventajas de contar con un YM para una incorporación junior o graduate es que se puede dar por sentado que esa persona tiene interés en el mundo de las obras subterráneas. Todos los que estamos aquí estamos involucrados en este mundillo de manera voluntaria, porque nos gustan los túneles y nos ha enganchado (para bien, esperemos) la geotecnia. En el momento de contratar a un perfil junior sin experiencia el hecho de que, al menos, su interés por las obras subterráneas sea genuino resulta ya algo bastante prometedor.

Los integrantes de YM cuentan con una red de contactos en el sector difícil de conseguir

Por otro lado, los integrantes de YM, a pesar de su, —en general— breve trayectoria profesional, cuentan con una red de contactos en el sector difícil de conseguir si no estás metido en este jaleo. No hablamos, por supuesto, de codearse con los CEO de las empresas a las que pertenecemos, no, al menos todavía, pero pertenecer a los YM te ayuda a conocer perfiles de tu edad, con tus mismos intereses, repartidos por muchas de las empresas de ingeniería y construcción del país, generando simbiosis gracias al contexto común de pertenecer a los YM. Además, como jóvenes inquietos que somos, participamos en charlas, ponencias, visitas y demás actividades que dan visibilidad a nuestros miembros e inevitablemente, aunque sea de manera indirecta, a las empresas para las que trabajamos.

Se me ocurren un puñado más de razones, y creo que no me equivoco al decir que contratar un buen perfil, si es además YM, es un win-win

De cara al futuro, ¿qué nuevas actividades van a llevar a cabo?

Una actividad que queremos hacer para los próximos años es la de colaborar con otros países para hacer un evento conjunto. Habíamos pensado en que sería interesante organizar un

encuentro online sobre temas de interés en los túneles, u organizar una jornada presencial con miembros jóvenes de varios países de las diferentes asociaciones.

También, y en vista a integrar de manera más activa a los miembros de YM que no están presencialmente basados en Madrid, estamos dándole vueltas a la mejor manera de organizar sesiones interactivas online que nos permitan participar a todos. Una idea sería organizar un formato de lunchtalks periódicos en la que los miembros que estén interesados nos cuenten un poco en qué proyectos están involucrados o en qué consiste su trabajo. Esta iniciativa podría ayudarnos a conocernos mejor, y seguro que suscitaría interés entre la mayoría.

En esta misma línea, pensamos en organizar ciclos de conferencias en formato amigable (charlas de unos 15 minutos) con expertos invitados que traten algún tema particular de interés.

¿Y cómo piensan que va a evolucionar la asociación en cinco años?

La asociación seguirá estrechando lazos con las universidades, ya que somos jóvenes profesionales y no hace tanto que acabamos de estudiar; por lo tanto, nuestros profesores suelen seguir en la universidad y, por ello,

Código QR para acceso a la web.

es fácil mantener el vínculo para poder dar alguna charla en sus clases. Creo que esta iniciativa es una forma de atraer a los jóvenes para que se interesen por el mundo de las obras subterráneas y los túneles y, que contribuirá a que, en cinco años, la asociación cuente con muchos más miembros de todas partes de España.

https://aetos.es/home/jovenes-tuneleros/

Me gustaría imaginar a la AETOSym del futuro como la puerta de entrada natural a la Asociación Española de Túneles y Obras Subterráneas. Creo que la misión fundamental de AETOSym es asegurar la permeabilidad intergeneracional entre los miembros más activos de la industria. Al final, nosotros, algunos antes y otros después, vamos a pasar a formar parte de «los mayores» algún día y creo que es importante que durante los años que disfrutamos de este estatus de «jóvenes» aprovechemos para crear lazos y conexiones de manera distendida que nos permitirán en un futuro, no muy lejano, reforzar el sentimiento colectivo de la asociación. Hoy en día existe una cierta brecha generacional entre nuestros miembros seniors y los más jóvenes y me gustaría pensar que la iniciativa de YM va a ayudar a difuminar esta brecha, aportando diversidad a la configuración de miembros de AETOS.

AETOSym

De arriba a abajo, Visitas a los Museos de Metro de Madrid. Visita a las obras de ampliación de línea 3 de Metro de Madrid.

Arriba, Algunos miembros de AETOSym.

Túneles de la Red Transeuropea de Carreteras del territorio histórico de Gipuzkoa

Adecuación de los túneles de la Red Transeuropea de Carreteras del territorio histórico de Gipuzkoa a la Directiva 2004/54/CE de requisitos mínimos de seguridad: instalaciones y revestimiento.

En este artículo se recogen las actuaciones llevadas a cabo por la Diputación Foral de Gipuzkoa en los túneles de la Red Transeuropea de Carreteras para el cumplimiento de la Directiva 2004/54/CE de requisitos mínimos de seguridad.

Los accidentes de los túneles de Mont Blanc (1999) y San Gotardo (2001), así como las denuncias de varios países europeos sobre las carencias en la seguridad de los túneles y las necesidades de alinear los requisitos de seguridad provocan que en el año 2004

se publique la Directiva 2004/54/CE del Parlamento Europeo y del Consejo (en adelante, la Directiva).

Esta Directiva, aplicable a todos los túneles de la Red Transeuropea de Carreteras cuya longitud supere los 500 metros, tiene como objeto garantizar un nivel mínimo de seguridad mediante la prevención de situaciones críticas que puedan poner en peligro la vida humana, el medioambiente y las infraestructuras de los túneles, y mediante la protección en caso de accidente.

A grandes rasgos, la Directiva define las medidas de seguridad —técnicas y relacionadas con el funcionamiento—, las figuras administrativas y de responsabilidad, y la documentación de seguridad de la que deben disponer todos los túneles. Es decir, exige que para los túneles que se proyecten se cumplan ciertos requisitos de seguridad y que los existentes se remodelen para cumplirlos en la medida de lo posible.

Esta remodelación es integral: no se trata únicamente de añadir equipamiento

Ane Miren

Capetillo Arranz Ingeniera de telecomunicación por la Escuela de Ingenieros de Bilbao (UPV-EHU).

Germán Pozas Zubizarreta Ingeniero de caminos, canales y puertos por la Universidad de Cantabria.

©Íñigo Goñi Labayen

(cámaras, ventiladores, postes SOS, etc.), sino que, en muchos casos, exige modificaciones estructurales (como mejorar pendientes, ampliar el número de tubos, construir vías de evacuación y salidas de emergencia, construir apartaderos, construir caz de vertidos, etc.).

En el caso de los requisitos estructurales, la Directiva permite tomar medidas alternativas siempre que se demuestre mediante un análisis de riesgos que las medidas alternativas ofrecen una protección equivalente o mayor que las recogidas por la Directiva.

La Diputación Foral de Gipuzkoa, tal y como se recoge en la Ley 27/1983, de 25 de noviembre, de Relaciones entre las Instituciones Comunes de la Comunidad Autónoma y los Órganos Forales de sus Territorios Históricos, tiene competencia exclusiva en carreteras y caminos para su planificación, proyecto, construcción, conservación, modificación, financiación, uso y explotación. Por tanto, es responsabilidad de la Diputación Foral de Gipuzkoa remodelar y adaptar los túneles de su red para que cumplan las condiciones de la Directiva.

Además de la Directiva, hay que tener en cuenta otras normativas de derecho nacional. Debe subrayarse que, en el caso de la Diputación Foral de Gipuzkoa, al tener competencia exclusiva en carreteras y caminos, no es de aplicación el Real Decreto

635/2006, de 26 de mayo, sobre requisitos mínimos de seguridad en los túneles de carreteras del Estado. Este Real Decreto es la transposición al ordenamiento jurídico nacional de la Directiva, aunque con unos requisitos mínimos más estrictos, entendiendo estrictos como la exigencia de cumplir con más requisitos de seguridad respecto a aquellos establecidos en la Directiva Europea. No obstante, sí que se ha utilizado la Metodología de Análisis de Riesgo en Túneles de la Red de Carreteras del Estado —publicada por la Dirección General de Carreteras, Subdirección General de Conservación— (en adelante, MARTE) para poder calcular

el índice de riesgo de los túneles; se analizan distintos escenarios de accidentes de incendio y se comparan con un túnel virtual (clasificando los túneles en seguros, con posibles restricciones, o túneles de peligrosidad elevada).

El reto que presenta la Directiva para la Diputación Foral de Gipuzkoa no es sencillo. El territorio histórico de Gipuzkoa tiene una superficie de alrededor de 2000 km2, siendo la provincia más pequeña de España. Sin embargo, tiene más de 1300 km de carreteras, de los cuales 187 km pertenecen a la Red Transeuropea. Además, por la orografía que tiene el territorio histórico de Gipuzkoa, ha sido necesaria la construcción de múltiples túneles para poder dar continuidad a las carreteras, existiendo, solo en la Red Transeuropea, más de 40 túneles, de los cuales 13 superan los 500 m de longitud. Algunos de estos túneles se han construido tras la publicación de la Directiva, por lo que ya cumplen con lo que esta exige, pero otros 5 se construyeron antes del año 2000 de forma que es necesario adecuarlos. Actualmente, se está trabajando en la adecuación de 4 de ellos, situados en la autopista A-15 (Autopista Navarra- Gipuzkoa). El presupuesto estimado total asciende a 95 millones de euros, y su finalización está prevista

para 2025; este presupuesto procede íntegramente de la recaudación del propio Territorio

Histórico.

El presupuesto necesario para la adecuación es elevado porque se trata de túneles que llevan en servicio varias décadas y están muy integrados en las rutinas de las personas usuarias del territorio. Por tanto, es inviable cerrar por completo las vías para adecuarlos. Como se trata de obras que se ejecutan con tráfico abierto, se contemplan dos objetivos fundamentales: reducir al mínimo la afección a las personas usuarias de la vía y aprovechar para hacer frente a todos los problemas que haya tenido el túnel (filtraciones, problemas de sostenimiento, etc.). El primer objetivo se consigue gracias a que se trata de túneles que tienen dos tubos, uno para cada sentido, y el tráfico se desvía por el tubo que no es objeto de la obra. Como esta situación eleva mucho la peligrosidad se establecen las siguientes medidas de seguridad para reducir el riesgo (utilizando MARTE): se prohíbe el paso de mercancías peligrosas; se reduce la velocidad de paso de los túneles; y se instalan radares sancionadores. Además, se reducen al máximo posible los plazos de ejecución de la obra ejecutándolos en horario de 24h x 7días/ semana.

A la hora de plantear la adecuación de los túneles a la Directiva se han priorizado las

Además de la propia adecuación a la Directiva, se ha aprovechado para reforzar el revestimiento y el sostenimiento

medidas más eficientes y efectivas posibles, evitando ejecutar soluciones que hubieran resultado muy costosas desde el punto de vista técnico y económico. Concretamente, en origen, los túneles de longitud inferior a 700 metros carecían de salidas de emergencia y presentan una diferencia de cotas entre tubos del orden de 9 metros, lo que complica de forma considerable la ejecución de las salidas de emergencia que requiere la Directiva; en esos casos, se ha dotado a los túneles de un sistema de ventilación, ajustando el número y el diámetro de los ventiladores para poder encajarlos, en la medida de lo posible, en la sección del túnel existente.

Por otra parte, la autopista A-15 forma parte de la Red de Itinerarios de Mercancías Peligrosas, por lo que debe disponer de un drenaje de líquidos tóxicos e inflamables que evite la propagación del fuego por el tubo. La solución adoptada ha sido disponer un caz ranurado interrumpido por arquetas sifónicas y unido a una balsa de vertidos situada en el exterior del túnel.

Adicionalmente, se han tenido que construir varios nichos a lo largo de los túneles para permitir albergar tanto los postes SOS como las bocas de aguas.

Además de la propia adecuación a la Directiva, se ha aprovechado para reforzar el revestimiento y el sostenimiento. En ese sentido, se trata de túneles construidos en la última década del siglo pasado mediante el nuevo método austríaco (NATM), con diferentes secciones tipo en cuanto a longitud de avance, densidad de bulonado y espesores de hormigón proyectado en función del terreno atravesado. Ocasionalmente se han detectado tramos cortos revestidos con una bóveda de hormigón en masa bombeado, con empleo de chapa Bernold a modo de encofrado perdido y una capa final de revestimiento de hormigón proyectado de un espesor aproximado de 5 cm. Los túneles se encuentran recubiertos, en su práctica totalidad, por lámina impermeabilizante vista, lo

Repicado de la sección del túnel.

Estado previo a la intervención.

En los años anteriores a la actuación se han producido desprendimientos localizados del sostenimiento

que impide la observación directa del estado del sostenimiento del túnel.

En los años anteriores a la actuación se han producido desprendimientos localizados del sostenimiento. En los tramos NATM, estos desprendimientos se achacan a la existencia de secciones de sostenimiento de espesor insuficiente; en el caso de tramo Bernold, los desprendimientos se deben a roturas de las placas de hormigón proyectado causadas por las oxidación e hinchamiento de la chapa Bernold subyacente. Además, se constata la existencia de numerosas humedades y filtraciones a través del sostenimiento de los túneles. Por último, el gálibo de los túneles resulta ser insuficiente en algunos puntos para la instalación de nuevo equipamiento y para el propio recrecido del anillo de sostenimiento.

En fase de proyecto se establecen los siguientes criterios de diseño:

• Tras la ejecución de los trabajos, deberá garantizarse un gálibo vertical mínimo de 5 metros sobre la calzada y 4,5 metros sobre el borde exterior de arcén; para el estudio de gálibo, deberán tenerse en cuenta tanto los espesores de gunita a proyectar como los equipamientos que serán instalados en el túnel.

• En los tramos NATM deberá garantizarse un espesor mínimo de hormigón

proyectado de 20 cm, reforzando con bulones las secciones irregulares o con pérdida de geometría asociadas a la formación de techos planos y a secciones con sobreexcavaciones.

• En los tramos Bernold deberá renovarse por completo el hormigón proyectado de revestimiento, eliminando la chapa Bernold en la medida de lo posible.

• Debe impermeabilizarse el túnel, evitando el uso de lámina impermeabilizante vista. Partiendo de esos criterios, para los tramos NATM se proyecta una sección resistente de un espesor total de 20 cm de hormigón proyectado con 400 kg/m3 de cemento tipo I 42,5 R/SR con 3 kg/m3 de macrofibra estructural; en los últimos 5 cm de esa sección se adiciona, además, microfibra antiincendios con una dosificación de 2 kg/m3. En los tramos necesarios se añade un refuerzo a base de bulones de barra de acero corrugada de 25 mm de diámetro y 3,5 metros de longitud inyectados con resina. En cuanto a la impermeabilización, se emplea una membrana polimérica impermeable proyectada en los tramos húmedos, pero sin filtraciones de entidad, y un sistema de impermeabilización con doble lámina de PVC fijado al sustrato con anclajes estancos en los tramos húmedos y con filtraciones importantes. En los tramos actualmente secos y sin indicios de humedades anteriores no se dispone ningún elemento de impermeabilización. Con carácter previo se ejecuta una impermeabilización primaria para captar y drenar filtraciones puntuales mediante sistemas Oberhasli, o filtraciones difusas de extensión reducida mediante láminas drenantes. En los tramos Bernold la actuación se reduce a eliminar y reponer el hormigón

Impermeabilización.

©Íñigo Goñi Labayen

proyectado de revestimiento, eliminando la mayor parte de chapa Bernold y aplicando pintura pasivante en los restos de chapa cuya eliminación no sea posible sin dañar la sección de hormigón bombeado subyacente. En la reposición de la capa de hormigón proyectado se emplea el mismo hormigón que en el resto del túnel, adicionando tanto macrofibra estructural como microfibra antiincendios. Las secciones Bernold se impermeabilizan con membrana proyectada, y el hormigón proyectado se refuerza en toda su sección con un mallazo que garantice a futuro su estabilidad, evitando el desprendimiento de fragmentos de gunita en caso de rotura de la capa. El proceso constructivo general se inicia con la implantación del tráfico bidireccional por el tubo que queda en servicio, liberando de tráfico el tubo en el que se va a intervenir. Las primeras tareas consisten en el desmontaje, la demolición y la retirada de todos los elementos presentes en el túnel, tales como instalaciones de alumbrado, telas impermeables, paneles metálicos y de hormigón de recubrimiento de hastiales, etc. Completados estos trabajos, se realiza un primer escaneo tridimensional del túnel, apoyado en una red poligonal de bases de replanteo. Este primer escaneo define la geometría real del túnel y

Al final de los trabajos, se realiza un último escaneo tridimensional del túnel

sirve de base para determinar las necesidades de repicado a partir del estudio de colisiones entre el cajón de galibo y la geometría futura del túnel; además, se toma como origen de las mediciones de las unidades de excavación y hormigón proyectado.

En paralelo al estudio de colisiones se lleva a cabo la revisión geológica del túnel y se levanta un inventario de humedades, confirmando o ajustando, según proceda, la tramificación de secciones tipo propuesta en fase de proyecto, e identificando aquellas zonas en las que deba sanearse el sostenimiento existente por hallarse en mal estado.

A partir de la definición así obtenida, en el túnel se ejecutan, sucesivamente, los trabajos de repicado, impermeabilización primaria, hormigón proyectado, bulonado e impermeabilización general. A lo largo de ese proceso se realizan otros tres escaneos 3D, correspondientes a:

• Segundo escaneo: se ejecuta tras el repicado del túnel, confirmando que se han ejecutado los repicados necesarios o, en caso contrario, identificando las zonas en las que se debe seguir trabajando. Permite establecer el volumen de excavación ejecutado por comparación con el primer escaneo.

• Tercer escaneo: se ejecuta con carácter previo a la ejecución de la última capa de hormigón proyectado. Permite comprobar que se han alcanzado los espesores proyectados y que no existen excesos de espesor que interfieran con el cajón de gálibo, identificando, si las hubiera, aquellas zonas en las que deben corregirse los espesores de hormigón proyectado. En las zonas con impermeabilización mediante membrana proyectada, este escaneo debe realizarse antes de la proyección de la membrana.

• Cuarto escaneo: se ejecuta tras la proyección de la capa final de revestimiento. Permite comprobar los espesores totales y la geometría final del túnel, además de proporcionar el volumen total de hormigón proyectado empleado por comparación con el segundo escaneo. Terminados los trabajos de sostenimiento y revestimiento del túnel, se ejecutan el resto de trabajos de obra civil (zanjas de canalizaciones, aceras, paneles de hastiales, reposición de rodadura, etc.) y de instalaciones. A la finalización de la totalidad de los trabajos se realiza un último escaneo tridimensional del túnel a modo de levantamiento final de la obra.

Juan Carlos Santamarta Cerezal

Dr.

Exposición al gas radón en túneles y obras subterráneas de Canarias

Joselin S. RodríguezAlcántara

Ingeniera de la tecnología de minas y energía. Dpto. de Ingeniería Agraria y del Medio Natural. Universidad de La Laguna (ULL).

Jesica Rodríguez-Martín

Dra.

Noelia

Medición y recomendaciones de protección frente a la exposición al gas radón en túneles carreteros y obras subterráneas de Canarias.

Este documento presenta pautas para medir el gas radón en túneles y obras subterráneas de las Islas Canarias. Proporciona orientaciones para proteger al personal contra el radón en su puesto de trabajo, reduciendo la exposición y los riesgos para la salud. Los mapas de radón en España identifican áreas con predominancia de rocas ígneas intermedias y ácidas en la superficie. Cerca del 20% del territorio canario, de origen volcánico, es una zona prioritaria con potencial de radón superior a 300 Bq/m³, aunque en las obras subterráneas vinculadas a las aguas subterráneas este valor se ve ampliamente superado. En los túneles carreteros estudiados se ha constatado que el gunitado hace de barrera impermeable al gas radón.

Palabras clave Concentración de gas radón; islas volcánicas; obras subterráneas; riesgo para la salud.

This document provides guidelines for measuring radon gas in tunnels and underground works in the Canary Islands. It offers guidance on protecting personnel from radon in the workplace, reducing exposure, and health risks. Radon maps in Spain identify areas with a predominance of intermediate and acidic igneous rocks on the surface. Around 20% of the Canarian territory, of volcanic origin, is a priority area with the potential for radon levels exceeding 300 Bq/m³, although in underground works related to groundwater, this value is widely exceeded. In the studied road tunnels, it has been observed that shotcrete serves as an impermeable barrier to radon gas.

Keywords Radon gas concentration; volcanic islands; underground work; health risk.

Ingeniero de montes, ingeniero civil, e ingeniero técnico de minas. Dpto. de Ingeniería Agraria y del Medio Natural. Universidad de La Laguna (ULL).

Ingeniera de caminos, canales y puertos. Dpto. de Técnicas y Proyectos en Ingeniería y Arquitectura. Universidad de La Laguna (ULL).

Cruz-Pérez

Dra. en desarrollo regional, ingeniera civil e ingeniera agrícola. Dpto. de Ingeniería Agraria y del Medio Natural. Universidad de La Laguna (ULL).

El radón es un gas radiactivo presente de forma natural que ha emergido como una preocupación importante en el contexto de la seguridad laboral, especialmente en minería y en entornos confinados. Esto se debe a su capacidad para provocar problemas respiratorios graves y por aumentar drásticamente el riesgo de desarrollar cáncer (Antignani et al., 2021). Este gas es incoloro, inodoro e insípido, lo que dificulta su detección y se encuentra comúnmente en lugares subterráneos y mal ventilados, como sótanos y plantas bajas. Se origina a partir de la descomposición del uranio y el torio en rocas y suelos, y se mueve a través de grietas y poros, así como en aguas subterráneas (Pacella et al., 2023).

Este gas es especialmente problemático en zonas con rocas ígneas y volcánicas, ya que estas presentan mayor actividad radiactiva. Su movilidad está influenciada por la naturaleza del suelo; por ejemplo, en suelos permeables como gravas y arenas gruesas se desplaza con mayor facilidad. En entornos secos, puede recorrer varios metros, mientras que en suelos saturados de agua la distancia es limitada (Miklyaev et al., 2020; Noverques et al., 2020).

Las aguas subterráneas también pueden transportar radón disuelto, presentando un riesgo adicional. Los lugares con mayor

Todas las mediciones obtenidas fueron sorprendentemente inferiores a las esperadas

riesgo de exposición serían las cuevas, galerías y túneles, minas, obras subterráneas, termas y balnearios, instalaciones de almacenaje y tratamiento de aguas subterráneas o, incluso, según el nuevo Real Decreto (RD 1029/2022), lugares de trabajo en planta baja rasante o planta baja, ubicados en términos municipales de actuación prioritaria (aquellos donde más del 10% de las edificaciones tienen una concentración mayor a 300 Bq/ m3) por presencia de radón.

En el contexto español, las Islas Canarias, de origen volcánico, son especialmente vulnerables, con aproximadamente el 20% del territorio afectado según los mapas del Consejo de Seguridad Nuclear (CSN). Sin embargo, es esencial tener en cuenta que la cartografía se basa en mediciones específicas, por lo que las zonas no marcadas en el mapa no están exentas de riesgo.

Existen numerosos estudios científicos sobre el nivel de radón en las Islas Canarias (Eff-Darwich et al., 2008; Marrero et al., 2008; Santamarta et al., 2020, 2021, 2023).

En ellos, se concluye que los niveles de radón están condicionados por uno o más de los siguientes factores:

• El contenido de isótopos parentales del radón en las rocas por las que ha circulado el agua. Los niveles más altos de radón se correlacionan con la circulación

por rocas ígneas ácidas o diferenciadas (principalmente riolita, sienita, traquita y fonolita) (Padilla et al., 2013).

• Si han circulado o no a través de fallas, fracturas, grietas u otras zonas de permeabilidad relativamente alta que reciben aportes de radón desde zonas más profundas (Martin-Luis et al., 2015).

• Mezcla con agua que tiene baja concentración de radón, como el agua de recarga o el retorno de riego (Martin-Luis et al., 2015).

En general, las galerías de agua en Canarias son sondeos o túneles con una sola entrada y una sección media de 1,5 x 2 metros (véase imagen superior en la página anterior) (Santamarta, 2009). Actualmente, hay más de 1500 galerías perforadas en la región, creadas mediante perforación inclinada y, a menudo, utilizando explosivos (Custodio et al., 2016).

En el caso de los túneles carreteros de Canarias, se suele emplear hormigón para su sostenimiento (gunitado). Por ejemplo, en la obra de cierre del anillo insular de Tenerife se ha empleado un revestimiento estructural de hormigón en masa proyectado de 35 cm de espesor aproximadamente. El revestimiento se ha ido aplicando según se realizaban los trabajos de voladura y avance del túnel (véase imagen inferior en la página anterior).

Resultados obtenidos de concentración de radón para los detectores instalados en los túneles estudiados en Tenerife

En el estudio se colocaron los detectores con un periodo de exposición de 3 meses en el tubo principal y en el auxiliar del túnel a distintas profundidades. Todas las mediciones obtenidas fueron sorprendentemente inferiores a las esperadas (véase tabla de arriba) por lo que las medidas protectoras aplicadas durante la fase de construcción del túnel y el gunitado utilizado para su sostenimiento son las responsables de esos buenos resultados, impidiendo el traspaso de radón a los trabajadores de la obra subterránea.

Cuando el agua de lluvia llega a la superficie terrestre, se filtra a través de los poros

o diaclasas del suelo, almacenándose entre capas impermeables o en el manto del acuífero. Esta agua se almacena en las rocas llenando sus poros, mientras que el radón del suelo satura estos poros con una concentración media de 10,000 Bq/m³ a 50,000 Bq/ m³ (INSST, 1997). En comparación, la concentración media de radón en el aire libre varía entre 1 Bq/m³ y 38 Bq/m³ (Tyrväinen et al., 2023). Por ende, las aguas subterráneas contienen más radón que las superficiales. En rocas secas ciertos poros atrapan átomos de radón debido a colisiones con las paredes (Dimova et al., 2013).

De arriba a abajo, Sección de una galería de agua, con un canal abierto a la derecha. Fuente: Santamarta, Juan C. Túnel carretero en Tenerife. Fuente: Santamarta, Juan C.

El gas radón, al ser inhalado, tiene una breve permanencia en los pulmones y no presenta tanto riesgo como sus derivados (polonio, plomo, bismuto) que, al ser sólidos, se adhieren a partículas de polvo y se acumulan en los tejidos pulmonares (Ismail et al., 2023). Este documento detalla estrategias para controlar el radón y presenta concentraciones medidas en obras subterráneas en Canarias. Su objetivo es proporcionar una base para comprender y gestionar el radón, asegurando un ambiente laboral saludable y sostenible en la industria minera.

Proceso de medición del radón

Existen dos sistemas para medir la concentración de gas radón en el aire: los sistemas pasivos nos miden un valor con una incertidumbre en un determinado período de medida, mientras que los sistemas activos nos muestran una serie temporal de datos donde poder observar la fluctuación de radón (Antignani et al. 2021). Podemos enumerar los siguientes métodos:

• Detectores de carbón activado: contienen filtros de carbón activado que tienen gránulos de carbón que adsorben el radón ambiental durante 48 horas. Los resultados pueden estar disponibles aproximadamente 5 horas después de las mediciones. El resultado ofrecido es la concentración media de radón durante dos días de medición. Este tipo de detectores presenta algunos inconvenientes: son muy sensibles a las variaciones de la concentración de radón y la mayor parte del radón adsorbido corresponde al período final de exposición; se ven afectados por la humedad y requieren

una corrección para este parámetro; los cambios en la composición del carbón activado pueden alterar el resultado de la medición.

• Detectores de trazas de partículas α: pequeños detectores que recogen las trazas generadas por el impacto de partículas alfa procedentes de la desintegración del radón. Necesitan un periodo de exposición de dos a seis meses, por lo que es un método excelente para medir las variaciones en la concentración de radón que suelen ser significativas en periodos de 24 horas y varios días. Una vez retirados del lugar donde se instalaron, deben enviarse al laboratorio para la interpretación de los resultados.

El tiempo necesario para obtener resultados fiables depende tanto de la concentración de radón en el entorno como de las características del equipo (véase imagen de abajo).

A continuación, se resumen los pasos para medir la concentración de gas radón en obras subterráneas, recogidos en la Guía

de Seguridad 11.4 del Consejo de Seguridad Nuclear de España (CSN, 2012): a)Planificación del estudio: se deben considerar todos los aspectos relacionados con la operación en la instalación. Esto incluye obtener planos del lugar, horarios de los trabajadores, períodos de inactividad (vacaciones, fines de semana, etc.), número de salas de trabajo y la cantidad de tiempo que los trabajadores pasan en ellas, ubicación de las instalaciones de ventilación y gradientes térmicos, entre otros. Las mediciones deben realizarse en ubicaciones representativas de la ocupación real o previsible de los trabajadores. Para ello, es fundamental indicar claramente dónde y cuántos detectores se han instalado. En lugares de trabajo subterráneos se recomienda realizar exposiciones a lo largo de un año completo, ya que es difícil predecir de antemano el comportamiento estacional.

b)Realización de las mediciones y análisis de los dispositivos: una vez retirados los detectores pasivos después de tres meses, deben enviarse inmediatamente a un laboratorio acreditado para su análisis. También se aconseja llevar a cabo mediciones con equipos de medición activos para evitar errores y obtener una estimación del orden de magnitud. El laboratorio debe proporcionar los valores medidos expresados como concentraciones medias de radón (en Bq/m³), además del valor de incertidumbre.

c)Expresión de los resultados y toma de decisiones: se debe determinar el valor medio anual de concentración de radón y su incertidumbre para cada zona. Si se

Detector pasivo instalado en túneles carreteros. Fuente: Santamarta, Juan C.

La exposición al gas radón es un fenómeno estocástico, no es determinista, con lo cual estamos hablando de probabilidades. Todos los esfuerzos que se realizan en torno al gas radón —medida, calidad de la medida, legislación, control por parte de las Administraciones Públicas— están encaminados a reducir al máximo ese riesgo. Este riesgo varía de forma lineal, aumentando el riesgo de cáncer de pulmón en un 16% con cada 100 Bq/m3

En España, el RD 732/2019, modifica el Código Técnico de la Edificación introduciendo la exigencia básica de salubridad HS6 (Ministerio de Transportes, Movilidad y Agenda Urbana, 2022) de protección frente al gas radón. La importancia de esta Normativa es que establece un nivel de referencia de 300 Bq/m3 de promedio anual de concentración de radón. En las Islas Canarias este umbral se supera ampliamente con valores medios que superan los 6000 Bq/m3 (Santamarta et al., 2023).

La presencia de radón en obras subterráneas depende de la concentración de uranio en las rocas, las condiciones atmosféricas y la ventilación (Bucci et al., 2011). En galerías activas se puede usar ventilación forzada para mantener niveles seguros, pero en galerías abandonadas esta opción suele ser inviable (Eff-Darwich et al., 2008).

Conclusiones

Algunas conclusiones reflejadas en diferentes publicaciones científicas en relación con la concentración de radón y que se han observado a través de las obras subterráneas en Canarias son: cuanto mayor es la permeabilidad y porosidad de los materiales que componen el interior de la galería, mayor es la concentración de radón medida;

• la presencia de gunitado para el sostenimiento del túnel disminuye la dispersión del radón al interior;

• cuanto mayor es la concentración de gas CO2 en el interior de la galería, mayores son los valores de radón;

• la oscilación del radón en los distintos ciclos de medición (superior en verano que invierno) se debe a las diferentes temperaturas en el exterior de la mina;

• las galerías no ventiladas tenían mayor concentración de radón que las ventiladas;

• se encontraron niveles más altos de radón en las zonas con mayor saturación de agua que en las zonas secas de la galería. Los gestores de las obras subterráneas de las Islas Canarias están sujetos al cumplimiento de los reglamentos y las normas aplicables a la protección radiológica. Esto incluye la realización de mediciones de radón en las instalaciones para evaluar el riesgo radiológico para los trabajadores. Se recomienda informar a los trabajadores de los riesgos a los que están expuestos durante el trabajo subterráneo con respecto al radón, así como de los riesgos específicos de las instalaciones donde realizan su trabajo. Si las medidas técnicas o constructivas para reducir la concentración de radón por debajo del nivel de referencia no son efectivas, se deben establecer medidas de protección y vigilancia para los trabajadores, incluyendo la asignación de dosímetros personales de radón. En materia de seguridad y salud, los trabajos subterráneos y las instalaciones donde se traten y almacenen aguas de origen subterráneo son los lugares más propensos a acumular una concentración mayor de radón y que superen los valores de referencia, haciendo que los trabajadores se enfrenten a concentraciones potencialmente peligrosas de este gas radiactivo. Esto plantea desafíos significativos

La inhalación continua de radón y sus productos de degradación puede tener consecuencias devastadoras para la salud

en términos de seguridad laboral y bienestar de los empleados. La inhalación continua de radón y sus productos de degradación puede tener consecuencias devastadoras para la salud, subrayando la urgencia de abordar este problema de manera eficaz y proactiva. Por ello, sería positivo abrir un espacio de colaboración con otras regiones mineras españolas para la mejora del conocimiento del gas radón en estas zonas, así como para la mitigación y reducción de los efectos sobre los trabajadores.

Referencias

1 Antignani, S., Venoso, G., Ampollini, M., Caprio, M., Carpentieri, C., Di Carlo, C., Caccia, B., Hunter, N., & Bochicchio, F. (2021) A 10-year follow-up study of yearly indoor radon measurements in homes, review of other studies and implications on lung cancer risk estimates. Science of The Total Environment, 762, 144150. https://doi.org/10.1016/j. scitotenv.2020.144150

2 Battino, R. (1979). Radon-222. In Krypton, Xenon & Radon (pp. 227–338). Elsevier. https:// doi.org/10.1016/B978-0-08-022352-0.50010-2

3 Bucci, S., Pratesi, G., Viti, M. L., Pantani, M., Bochicchio, F., & Venoso, G. (2011). Radon in workplaces: first results of an extensive survey and comparison with radon in homes. Radiation Protection Dosimetry, 145(2–3), 202–205. https:// doi.org/10.1093/rpd/ncr040

4 Custodio, E., Cabrera, M. del C., Poncela, R., Puga, L.-O., Skupien, E., & del Villar, A. (2016). Groundwater intensive exploitation and mining in Gran Canaria and Tenerife, Canary Islands, Spain: Hydrogeological, environmental, economic and social aspects. Science of The Total Environment, 557–558, 425–437. https://doi.org/10.1016/j. scitotenv.2016.03.038

5 Eff-Darwich, A., Viñas, R., Soler, V., de la Nuez, J., & Quesada, M. L. (2008). Natural air ventilation in underground galleries as a tool to increase radon sampling volumes for geologic monitoring. Radiation Measurements, 43(8), 1429–1436. https://doi. org/10.1016/j.radmeas.2008.05.006

6 Ismail, A. H., Alomari, A. H., Al-Qahtani, S. M., Alnaemi, T. A., & Mustafa, B. T. (2023). Assessment of environmental radiological hazards associated with elevated levels of radon gas in drinking water. Journal of Radiation Research and Applied Sciences, 16(4), 100673. https://doi.org/10.1016/j. jrras.2023.100673

7 Marrero, R., López, D. L., Hernández, P. A., & Pérez, N. M. (2008). Carbon Dioxide Discharged through the Las Cañadas Aquifer, Tenerife, Canary Islands. Pure and Applied Geophysics, 165(1), 147–172. https://doi.org/10.1007/s00024-007-0287-3

8 Miklyaev, P. S., Petrova, T. B., Marennyy, A. M., Shchitov, D. V., Sidyakin, P. A., Murzabekov, M. A., & Lopatin, M. N. (2020). High seasonal variations of the radon exhalation from soil surface in the

fault zones (Baikal and North Caucasus regions). Journal of Environmental Radioactivity 219, 106271. https://doi.org/10.1016/j.jenvrad.2020.106271

9 Pacella, D., Loffredo, F., & Quarto, M. (2023). Knowledge, risk perception and awareness of radon risks: A Campania region survey. Journal of Radiation Research and Applied Sciences, 16(4), 100721. https://doi.org/10.1016/j.jrras.2023.100 721

10 Santamarta, J. C., Hernández-Gutiérres, L. E., Rodríguez-Martín, J., Pérez, L., Lario Bascones, R., Morales González Moro, Á., & Cruz-Pérez, N. (2023). Radon Measurements in Groundwater Mines in La Palma and El Hierro, Canary Islands (Spain). Archives of Mining Sciences, 65(4), 869–876. https://doi. org/10.24425/ams.2020.135182

11 Santamarta, J. C., Hernández-Gutiérrez, L. E., Rodríguez-Martín, J., Marrero Díaz, R., Lario Bascones, R. J., Morales González Moro, Á., & CruzPérez, N. (2020). Radon measurements in water galleries in Tenerife, Canary Islands (Spain). Air Quality, Atmosphere & Health, 13(11), 1287-1292. https://doi.org/10.1007/s11869-020-00882-y

12 Tyrväinen, J. T., Turtiainen, T., & Naarala, J. (2023). Radon transport to indoor air in groundwater plants as a by-effect of different water treatments. Journal of Water Process Engineering, 56, 104408. https://doi.org/10.1016/j.jwpe.2023. 104408

©Rafael Vargas

Análisis de sistemas fijos de extinción en túneles mediante técnicas de fluidodinámica computacional

Estudio de la potencia de incendio y la visibilidad

Sobre la base de los ensayos de sistemas fijos de extinción de incendios mediante agua en túneles que se realizaron en el túnel de Runehamar, el presente artículo aborda el modelado del incendio ensayado mediante CFD con los objetivos de evaluar la capacidad de las técnicas habituales de modelado y simulación para estos sistemas, y de estudiar las consecuencias sobre la visibilidad por el uso de estos sistemas en distintas condiciones de ventilación y de retardo en su activación.

Los resultados muestran la dificultad actual para simular correctamente la extinción, así como los posibles problemas de visibilidad generados por los sistemas de extinción.

Palabras clave Incendio, extinción, túnel, simulación, visibilidad.

Based on the tests of fixed fire extinguishing systems using water in tunnels carried out in the Runehamar tunnel, this article addresses the modelling of the fire scenario tested by using CFD simulations with the objective of evaluating the capacity of the usual modelling and simulation techniques for these systems, as well as studying the effects on the visibility of the use of these systems in different ventilation conditions and different delays in their activation.

The results show the current difficulty in correctly simulating extinction, as well as the possible visibility problems generated by the extinction systems.

Keywords Fire, extinguishing, tunnel, simulation, visibility.

David Aznar Raja Graduado en Ingeniería Industrial. Geoconsult, Ingenieros Consultores S. A. U.

José Ignacio Abad Martínez Ingeniero industrial. Geoconsult, Ingenieros

En los años 2003, 2013 y 2016, se llevaron a cabo una serie de ensayos de incendio a escala real en el túnel noruego de Runehamar (Ingason, 2016a, 2109b, 2015c) con el objetivo de ver las consecuencias de un incendio de un vehículo de mercancías peligrosas, y, posteriormente, el efecto de una medida de mitigación como es el uso de un sistema fijo de extinción de incendios basado en rociadores. En los distintos ensayos se emplearon rociadores con activación mediante electroválvula y mediante fusibles térmicos. Estos últimos se concluyeron como no adecuados para túneles, debido al efecto que produce la ventilación y el tiro natural del túnel, que pueden provocar que se activen en un lugar diferente a la localización del incendio, reduciendo así la eficacia del sistema. Los resultados de los ensayos comprobaron la eficacia de estos sistemas para reducir el calor emitido por un incendio en hasta un 85%.

Sobre la base de los ensayos indicados, se ha pretendido realizar un análisis de las consecuencias de la utilización de estos sistemas sobre las condiciones de evacuación de un túnel con el objeto de comprobar si el beneficio de la reducción de la potencia de incendio es mayor que los potenciales perjuicios sobre la evacuación debido a la pérdida de visibilidad por desestratificación del humo.

Antecedentes y estado del arte

El empleo de rociadores como sistema fijo de extinción de incendios es una herramienta empleada con frecuencia en algunos sectores como la industria y la edificación. Sin embargo, no se ha estandarizado para su empleo en túneles, a excepción de algunos países como Japón o Australia, o de algunos estándares americanos como el NFPA502. En España hay dos ejemplos de túneles

con este sistema: los túneles de la M-30 y el túnel de Vielha.

Atendiendo a los distintos estudios realizados sobre la efectividad sistemas FFFS en túneles, no cabe duda sobre su buen desempeño en cuanto a la contención de la potencia máxima del incendio, ya que consiguen reducir potencias de incendio a valores más sencillos de controlar.

Otro factor reseñable es el tiempo que transcurre desde el inicio del incendio hasta

la activación del sistema de extinción, clave en dos aspectos diferentes:

• mayor efectividad de cara a minimizar la potencia de incendio; y

• tiempo transcurrido hasta reducción de la visibilidad en la zona afectada por el incendio, así como aguas abajo del mismo.

Propuesta de estudio

Se consideró de interés el recrear los experimentos realizados en el túnel de Runehamar mediante simulaciones de fluidodinámica computacional (CFD) con los siguientes objetivos:

• comprobar los efectos producidos por los sistemas de extinción sobre las condiciones de evacuación del túnel;

• disponer, como resultado de ello, de una herramienta que permita valorar cuándo efectuar la activación de los sistemas de extinción; y

• simular de la forma más realista posible la interacción entre la pulverización de agua y el incendio.

La geometría del túnel, los rociadores y sus características se introdujeron en el modelo de forma realista respecto a los ensayos de referencia, utilizando el modelo de rociador TN-25 con una constante de rociador K de 360 l/min-bar1/2 y una presión de 0,55 bar, siendo estos valores los más favorables según los ensayos. En la primera tabla de la página 65 (tabla "Características de las boquillas utilizadas en el ensayo real") se pueden ver los rociadores utilizados en el ensayo real, así como el seleccionado para las simulaciones CFD. El modelo del incendio se realizó sobre la base del ensayo de 2016 (Ingason, 2016) en el que se utilizaron 20 torres de pallets (21 pallets en cada torre) distribuidos en dos columnas y diez filas. En los ensayos originales la carga se encontraba parcialmente

protegida por un techo de metal y sendas paredes verticales (frontal y trasera), de forma que el combustible se asemejara a la carga de un camión. La imagen de la página siguiente muestra el modelo realizado en FDS a semejanza del original de los ensayos. En los ensayos reales el origen del fuego consistió en dos bañeras de heptano de dimensiones 0,2 x 0,8 m cada una, estimando una potencia total de 500 kW. En el modelo FDS se incorporaron dos fuentes de ignición

en la zona baja de las dos primeras pilas de pallets, que aportaron la potencia estimada en el ensayo real.

Respecto a cada uno de los pallets, sus propiedades de potencia aportada se modelaron por área, temperatura de ignición y curva de crecimiento de la potencia, de tal manera que la potencia de cada pallet se correspondiera con la estimada en los ensayos reales. Estos datos se incluyen en la tabla "Características de la combustión", en la parte inferior de la página.

Características de las boquillas utilizadas en el ensayo real

Nº de ensayo Tipo de boquilla K (l/min. bar1/2) Presión (bar) Flujo por boquilla (l/min) Flujo total (l/min) Velocidad aire (m/s)

Respecto a las condiciones ambientales, se consideró la velocidad del aire medida en los ensayos reales, que fue de 3 m/s, proponiéndose posteriormente variaciones en la misma para comprobar su efecto.

Finalmente, la activación de los rociadores se modeló de distintas formas, en función de los escenarios a simular. La tabla adjunta detalla los distintos escenarios simulados. Los escenarios del 1 al 6 pretenden valorar la influencia que los parámetros del ensayo (ventilación, sistema de extinción, techo sobre los pallets, etc.) pueden tener sobre la potencia total desarrollada y las condiciones en el interior del túnel. Por otra parte, los escenarios 7 y 8 son réplicas del escenario 1 variando el tiempo de activación de los rociadores con el objetivo de ver su influencia sobre las condiciones de visibilidad y temperatura en el interior del túnel (véase tabla a la izquierda). Por último, la imagen inferior de la página siguiente muestra, en vista en planta, la ubicación de los distintos sensores a lo largo del modelo del túnel, así como tres posiciones seleccionadas por su interés para el análisis de los resultados.

Análisis de los resultados

Características de la combustión

Parámetro Valor

Superficie expuesta de un pallet 0,495 m2

Potencia total 198 kW/pallet

Potencia por superficie (HRRPUA) 400 kW/m2

Curva de crecimiento t2, con ta = 188 s

Temperatura de ignición 250 °C

Material de combustión Celulosa (C6H10O5)

Calor de combustión 17 900 kJ/kg (Madera – SFPE Handbook)

Generación de CO 0,05 g/g

Generación de hollín 0,015 g/g

De las simulaciones realizadas se han obtenido resultados relevantes respecto a la potencia de incendio desarrollada y a la visibilidad resultante en el túnel.

Potencia de incendio

En los casos reales estudiados en la bibliografía, se aprecia una diferencia muy relevante en la potencia de incendio desarrollada entre los casos en los que se utiliza algún tipo de extinción y el caso ensayado en el que no se utilizó. No obstante, en los ensayos realizados en la presente investigación esa diferencia no ha sido tan notable, tal como se puede

De arriba a abajo, Pruebas de ensayos de incendio a escala real en el túnel noruego de Runehamar.

Vista del modelo realizado en FDS para el combustible del ensayo

Fuente de ignición Vista en planta de la distribución de rociadores y sensores

Medidores coeficiente de extinción (2 m sobre el suelo) Rociadores del sistema de diluvio (4,65 m sobre el suelo)

Escenarios simulados en función de la activación del sistema de rociadores y otras características

Nº de ensayo Ventilación Sistema de extinción Tipo de activación Retardo Otros

1 Sí. 3 m/s Diluvio en hastial Automática con retardo 240 s 3

2 Sí. 3 m/s Sin extinción - -

3 No Diluvio en hastial Automática con retardo 240 s

4 No Sin extinción - -

5 No Diluvio en clave Automática con retardo 240 s Camión sin techo

6 No Sin extinción - - Camión sin techo

7 Sí. 3 m/s Diluvio en hastial Automática con retardo 120 s

8 Sí. 3 m/s Diluvio en hastial Automática con retardo 60 s

Potencia desarrollada en las simulaciones estudiadas mediante CFD

Potencia desarrollada en las simulaciones estudiadas mediante CFD

apreciar a la izquierda, en el gráfico de la parte inferior de la página.

En la gráfica anterior se puede observar que las potencias generadas en aquellos escenarios que tienen extinción (línea continua) son algo inferiores a los que no tienen extinción (línea discontinua). No obstante, la diferencia no es significativa, ya que la reducción se encuentra entre un 8,6% y un 11,6% en función del caso, lo cual no concuerda con las importantes diferencias observadas en los experimentos reales, tal y como se puede ver en la siguiente imagen (el ensayo n.º 6 no tuvo extinción):

Además, el caso en el que se ha simulado que el incendio no tiene un techo que pueda obstaculizar el paso del agua tampoco presenta un comportamiento diferencial frente al mismo caso sin extinción.

2. No_Ext

Tiempo (s)

3. No_vent_Ext 240 s

6. No_techo_No_vent_No_Ext 4. No_vent_No_ext 1. Ext 240 s.

5. No_techo_No_vent_Ext 240 s

Condiciones de visibilidad en el túnel En las simulaciones mediante CFD, una de las principales variables de interés planteadas era la visibilidad en el interior del túnel, puesto que, en circunstancias normales, es el parámetro más restrictivo respecto a las condiciones ambientales que permiten o no la evacuación segura de los usuarios. Tras analizar la visibilidad en distintos puntos del túnel tal y como se indica en la imagen inferior de la página anterior, se han obtenido los resultados incluidos en las gráficas de las páginas 69 y 70. Se resaltan los límites del coeficiente de extinción según la metodología de análisis de riesgos en túneles españoles (MARTE) (Ministerio de Fomento, 2012), y según la norma NFPA-502 (NFPA, 2020), que son 0,4 m-1 y 0,3 m-1 respectivamente. De las mediciones del coeficiente de extinción se pueden extraer algunas observaciones: • Las simulaciones en las que no se ha utilizado un sistema de extinción presentan resultados notablemente mejores en cuanto a la visibilidad que aquellas que sí

m aguas abajo

Coeficiente de extinción para el medidor situado 8 m aguas abajo del incendio

que tienen. Más concretamente, las que no tienen extinción mantienen una visibilidad adecuada durante todo el tiempo simulado excepto en la zona inmediatamente adyacente al fuego.

• En todas las simulaciones con extinción, tras la activación de la misma, el coeficiente de extinción aumenta notablemente, impidiendo la adecuada evacuación del túnel al poco tiempo de haberse activado el sistema. Esto se debe a la importante desestratificación de los humos como consecuencia del enfriamiento de la capa de humos y el arrastre por la caída de agua.

100200300400500600700800900

3. No_vent_Ext 240 s

6. No_techo_No_vent_No_Ext

m aguas abajo

• La activación más temprana del sistema de extinción conlleva que la desestratificación de los humos se adelante en la misma medida.

Coeficiente de extinción para el medidor situado 88 m aguas abajo del incendio

• Respecto a la presencia o ausencia de viento, se observan dos comportamientos: en distancias cortas y medias la estratificación mejora notablemente para los casos sin viento y sin extinción, manteniéndose parecida en los casos con extinción; en cambio, en distancias más largas, la influencia de la ventilación es menor, siendo mucho más relevante la presencia o no de extinción.

Es necesario considerar que todos los resultados mostrados están basados en un incendio cuya potencia el sistema de extinción no es capaz de reducir, por lo que se pueden considerar aplicables a una situación real en la que exista un fuego muy desarrollado o de difícil extinción, pero no se consideran aplicables a un incendio pequeño o incipiente, que podría llegar a quedar extinguido mediante el sistema de diluvio.

100200300400500600700800900

3. No_vent_Ext 240 s

6. No_techo_No_vent_No_Ext

Conclusiones

A lo largo de este artículo se ha analizado la extinción de incendios mediante sistemas de diluvio por medio de simulaciones CFD

Coeficiente de extinción para el medidor situado 138 m aguas abajo del incendio

Coeficiente de extinción para el medidor situado 138 m aguas abajo del incendio

Coeficiente de extinción X= 138 m

Tiempo (s)

2. Sin Extinción

5. No_techo_No_vent_Ext 240 s 7. Ext 120 s 8. Ext 60 s

teniendo en cuenta diversos factores. Del trabajo realizado se han extraído las conclusiones y recomendaciones que siguen. Aunque es posible caracterizar la combustión en simulaciones CFD, su gran dificultad hace que actualmente siga siendo recomendable considerar curvas de incendio predefinidas adaptadas a la situación a representar. No obstante, en base a los experimentos descritos en el estado del arte, se puede concluir que la utilización de un sistema de diluvio permite reducir notablemente la potencia de incendio, por lo que debe ser un parámetro a tener en cuenta para definir la curva de incendio finalmente adoptada y evitar excesos en el diseño de los sistemas de ventilación.

La activación de un sistema de rociadores en un espacio reducido en términos de sección transversal como un túnel implica la inmediata desestratificación de los humos y, por lo tanto, la reducción progresiva de la

No_techo_No_vent_No_Ext

visibilidad a lo largo del túnel. Respecto a la desestratificación, la presencia o ausencia de ventilación o viento no ha mostrado ser significativa a distancias superiores a los 130 m, acelerando la desestratificación en los primeros 100 m.

En caso de disponer de un sistema de diluvio, este debe considerarse en las simulaciones, no siendo válidas las simulaciones

unidimensionales que no tengan en cuenta el efecto del arrastre de la capa de humos. El tiempo transcurrido hasta la activación de los rociadores es crucial, dado que, a partir de la activación de estos, la visibilidad deja de ser adecuada. Por ello, parece recomendable una activación manual de los mismos, en función de si se tiene certeza de que el túnel ha sido evacuado aguas abajo del incendio, así como según sea el tamaño del incendio y la evaluación de su potencial extinción, puesto que, en caso de no extinguir el mismo, los beneficios de reducción de potencia frente al empeoramiento de la visibilidad podrían resultar perjudiciales.

Referencias

1 Ingason, H. & Li, Ying & Appel, Glenn & Lundström, Ulf & Becker, Conny. (2015).

Large Scale Tunnel Fire Tests with Large Droplet Water-Based Fixed Fire Fighting System, Fire Technology 52

2 Ingason, H.& Li, Y. Z. (2019). Large Scale Tunnel Fire Tests with Different Types of Large Droplet Fixed Fire Fighting Systems, Fire Safety Journal, pp. 29-43.

3 Ingason, H.& Li, Y. Z. & Lönnermark, A. (2015). Runehamar tunnel fire tests. Fire Safety Journal, pp. 134-149.

4 Ministerio de Fomento. (2012). Metodología de Análisis de Riesgo en Túneles de la R.C.E.

5 National Fire Protection Association. (2020). NFPA 502 - Standard for Road Tunnels, Bridges, and other Limited Access Highways.

6 National Institute of Standards and Technology. (2023). Fire Dynamics Simulator User's Guide

Cristóbal Rodríguez Vázquez

Análisis del consumo de cortadores y su correlación práctica con la energía específica de excavación en TBM en macizos rocosos muy duros

La experiencia de ACCIONA

ACCIONA ha participado en alguno de los túneles mecanizados excavados en macizos de roca dura más icónicos de España y Europa. Entre ellos, destacan los proyectos ferroviarios de Guadarrama, Vigo das Maceiras y la Follo Line. El presente artículo se centra en analizar el concepto de la energía específica de excavación (EEP) y su correlación práctica con el consumo real de cortadores en varios proyectos excavados en roca por ACCIONA . Finalmente se explica cómo la experiencia adquirida con los años ha servido a ACCIONA para definir las especificaciones más adecuadas de las TBM y optimizar su diseño, de tal forma que permitan hacer frente a las condiciones más exigentes en términos de dureza y abrasividad. Palabras clave Energía específica de excavación; TBM; roca dura; vida útil; tasa de consumo; cortadores; rueda de corte.

ACCIONA’s experience covers some of the most iconic hard rock tunnelling projects in Europe such as: Follo Line, Vigo das Maceiras, or Guadarrama Tunnels. The present article analyzes the concept of specific energy in hard rock mechanized tunnelling and its practical correlation with cutter disc cosumption for several projects excavated by ACCIONA . Gathered experience has served ACCIONA to define high standards specification for TBM and optimize its design so they are able to excavate throughout the most complex and challenging conditions in terms of hardness and abrasiveness.

Keywords Specific energy of excavation; TBM; hard rock; cutter disc life, tool wear; cutter disc; cutterhead.

Rolando Justa Cámara

Ingeniero de caminos, canales y puertos. Antiguo Master Technical Leader de túneles en ACCIONA.

Ingeniero de caminos, canales y puertos. Technical Leader de Ferrocarriles y Túneles en ACCIONA.

Pablo Cánovas Díaz

Ingeniero de caminos, canales y puertos (máster UPM), e ingeniero de túneles (máster AETOS). Tunnel Technical Manager en ACCIONA.

Uno de los factores que más influyen en el plazo y coste de los túneles mecanizados es la tasa de consumo o vida útil de las herramientas de corte (discos de corte o cortadores). El tiempo necesario para su reposición influye significativamente en el factor de utilización de la TBM. Por ello, la tasa de consumo de cortadores para cada unidad geotécnica atravesada es un factor clave para la correcta estimación del plazo y coste de cualquier túnel mecanizado. El presente artículo se centra en analizar el concepto de la energía específica de excavación (EEP) y su correlación práctica con el consumo real de cortadores en varios proyectos excavados en roca por ACCIONA

La ventaja de esta correlación reside en que la EEP se puede exportar directamente de los parámetros de operación de las TBM que se registran a lo largo de toda la traza, lo cual permite, por tanto, analizar los cambios en función de la geología atravesada.

Introducción al concepto de la energía especifica de perforación (EEP)

La energía específica de perforación se define como: «la energía requerida para excavar una unidad de volumen de roca» (Teale, 1965). El concepto fue definido por Teale para sondeos destructivos a rotación sin percusión, como el trabajo realizado por unidad de volumen excavado. Posteriormente, este concepto se ha extrapolado para el caso de una tuneladora perforando en roca, ya que la cabeza de corte trabaja como el trépano de un sondeo a rotación y en ambos casos el arranque del terreno se realiza por identación.

La EEP se puede estimar usando la formulación propuesta por Teale, recogida en la publicación de Bieniawski et al. (2012). El trabajo necesario para excavar viene dado

Valores promedio por anillo de la energía específica de excavación para dos de los túneles. Túneles en dirección sur (Ski). Influencia de las fallas

Estimación del consumo de cortadores según método vs. consumo real

Follo Line S-982

por el empuje de contacto (F) y por el par (T). La expresión relaciona varios parámetros del proceso de excavación según se muestra a continuación:

EEP [MJ/m3]= F + 2 π•T A A•p

• F: empuje total de la máquina [kN];

• A área de excavación [m2];

• T: par motor de la máquina [kNm];

• p penetración básica [m/rev].

Follo Line S-983

La EEP tiene dos componentes: la energía específica de empuje (primer sumando) y la energía específica de rotación (segundo sumando), y «las variaciones en dichas componentes están directamente relacionadas salvo casos muy particulares, con diferencias en la calidad geotécnica de los terrenos atravesados» (Tardáguila&, 2007).

Naturaleza de ambas variables

A la hora de establecer relaciones de diferentes parámetros es importante analizar cuál es el proceso y la frecuencia de medida de dichas variables.

En el caso del consumo de cortadores, el proceso de medida no es instantáneo, sino que es discreto e intermitente, dado que se actualiza cada vez que se realizan las paradas de mantenimiento y cambio de cortadores en una TBM. Este proceso tiene, por tanto, una frecuencia no uniforme, que puede variar entre varias veces al día (una por turno, por ejemplo, en condiciones muy abrasivas) a una vez por semana, por ejemplo, en túneles o tramos muy poco abrasivos. Además, el desgaste se va produciendo de manera progresiva, por lo que este parámetro no depende de los tramos excavados inmediatamente anteriores al cambio de cortadores, sino de todos los tramos excavados desde que un cortador fue sustituido.

Por el contrario, la energía específica de perforación se exporta directamente de los parámetros de operación de la TBM. Por lo tanto, la frecuencia de muestreo sí es instantánea y homogénea. Esta frecuencia puede ser la de la base de datos del proceso (un valor cada 1 a 10 segundos según la propia frecuencia de los sensores de la TBM) o la de la base de datos por anillo, que toma los valores promedio por cada ciclo de excavación, es decir, por cada avance de un anillo.

La discrepancia de frecuencias de medida de ambas variables implica que las correlaciones no se pueden estudiar de manera discreta o puntual para cada anillo, sino que se deben establecer relaciones de manera global o promedio para tramos homogéneos de excavación (unidades geotécnicas).

Proyectos analizados, la experiencia de ACCIONA en roca muy dura ACCIONA ha participado en algunos de los túneles mecanizados excavados en macizos de roca dura más icónicos de España y Europa. Entre ellos, destacan los proyectos

Histograma para la energía específica de excavación de perforación (EEP) de cada TBM

Histograma para EEP. Follo Line (S-980)

Histograma para EEP. Follo Line (S-981)

Histograma para EEP. Follo Line (S-982)

Histograma para EEP. Follo Line (S-983)

ferroviarios de Guadarrama, Vigo das Maceiras y la Follo Line. Los datos fundamentales de dichos proyectos están recogidos en la tabla de las páginas 78 y 79. El diámetro de excavación es uno de los factores que más influencia tienen en el rendimiento y comportamiento de las TBM. En este caso, los proyectos son comparables dado que tienen un diámetro similar.

Metodología empleada

A modo de ejemplo, se muestra la metodología de análisis para las 4 TBM del proyecto de Follo Line. Los parámetros de operación de la máquina se exportan del PLC de las TBM. Se trata del empuje, par, velocidad de rotación y penetración. A partir de estos parámetros se puede obtener la distribución de energía especifica de perforación según la formulación de Teale. En la gráfica de la página anterior se muestra la media móvil por cada 20 anillos con el fin de filtrar los picos y fluctuaciones puntuales. Los gráficos de esta página muestra la distribución de EEP para las 4 TBM. Adicionalmente, se observa cómo al excavar las distintas fallas atravesadas por el trazado se experimentan unos picos bajos de EEP. Esto se resalta también en la gráfica de la página anterior, donde se ha superpuesto la evolución de EEP con el perfil geológico.

Por último, se analiza la evolución de consumo de cortadores para cada túnel según los partes de excavación y su correlación con la EEP (gráfica de la página 77). Se observa que:

• a igualdad de otros factores (diámetro de TBM, especificaciones de la máquina, etc.) existe una buena correlación entre la EEP media y el consumo de cortadores medio; y que

• a mayor EEP se experimenta un mayor consumo de cortadores.

SOLUCIONES DE TRANSPORTE PARA UN PLANETA MEJOR

El aumento de la población y la concentración urbana convierten a las infraestructuras de transporte en los pilares sobre los que debe asentarse el desarrollo sostenible. En ACCIONA, construimos infraestructuras resilientes que contribuyen al bienestar de la sociedad del hoy y de las generaciones del mañana.

Cancelación EEP y tasa de consumo de cortadores, valores promedio de Follo Line

Correlación EEP y tasa de consumo de cortadores. Valores promedio para Follo Line.

Consumo de cortadores (m3/cortador)

Análisis comparativo de los casos de estudio

Se representa la relación entre la EEP promedio, y el consumo de cortadores medio, para cada unidad geotécnica homogénea y proyecto (Gráfica 4). Las consideraciones fundamentales de la muestra son:

• La geología en los túneles de Follo Line es bastante homogénea, formada por ortogneises. En consecuencia, no se ha hecho ningún tipo de discriminación geológica.

• El túnel de Vigo se ha dividido en dos unidades geotécnicas: el tramo inicial de granito, y el tramo mayoritario de ortogneis.

• Respecto a Guadarrama, las distintas formaciones atravesadas son varias. Sin embargo, los parámetros geomecánicos son bastante homogéneos. Por lo tanto, las unidades geotécnicas se han unificado en un único tramo.

Análisis comparativo de los casos de estudio. Correlación EEP y tasa de consumo de cortadores.

Cancelación EEP y tasa de consumo de cortadores, valores promedio de

Follo Line S-980

Follo Line S-981

Follo Line S-982

Follo Line S-983

Consumo de cortadores (m3/cortador)

Vigo das Maceireas (ortogneis)

Bolaños

Guadarrama

Vigo das Maceireas (granito) Legacy Way

LíneaTendencia 1

Log. (Línea Tendencia 1)

LíneaTendencia 2

Log. (Línea Tendencia 2)

Rango inferior-15%

Rango superior+15%

• En Bolaños se han distinguido 4 unidades geotécnicas por cada tubo. Dichas formaciones no entran dentro de la categoría de rocas duras al tener una RCS inferior a 50 MPa. Analizando los datos que se muestran en la ráfica de la izquierda se pueden obtener las siguientes conclusiones: se valida la hipótesis inicial de que a mayor EEP, mayor consumo de cortadores; se observan dos líneas de tendencia diferentes para los distintos proyectos analizados; y ambas líneas de tendencia tienen unos coeficientes de correlación elevados. Sin embargo, una de las limitaciones del análisis es el limitado número de muestras derivado de la necesidad de analizar las variables de una manera global o promediada.

Se observa cómo el consumo de las TBM de Vigo y Guadarrama siguen una tendencia

Cuadro resumen de los proyectos analizados y características fundamentales Bolaños (Orense)

Guadarrama (Madrid)

2

Doble

Características generales

Características

Características geomecánicas

Ortogneis, adamellita y otras Tipo de Roca Pizarras, cuarcitas, areniscas y ampelitas

Vigo Das-Maceiras

Características generales 2009-2011

Datos analizados 1 TBM (14 km)

8.776

Follo Line (Noruega)

Características geomecánicas

Granito y ortogneis Tipo de Roca Ortogneis Sí Roca dura o muy dura Sí

(230)

(MPa)

(156) 2,0-6,3 (4,6) Índice Cerchar (CAI) 2,7-5,1 (4,0)

Datos analizados

TBM (8 km)

significativamente mayor que las tuneladoras de Follo Line y Bolaños. Para analizar los posibles factores que han influido se comparan dos formaciones equivalentes en naturaleza: los ortogneis de Vigo, con los de Noruega (Follo Line).

Para ello, en la gráfica de la derecha y en la tabla de abajo, se muestra el consumo real comparado con el consumo estimado por tres de los métodos más aceptados en la industria: el método del CSM-Frenzel, el método original del NTNU (Bruland, 2000) y el método de Maidl.

Los consumos estimados en Follo Line concuerdan bastante bien con los consumos finalmente obtenidos. Todos los métodos proporcionan valores dentro de un rango de ±25% sobre el consumo real.

del consumo de cortadores según método vs. consumo real

Estimación del consumo de cortadores según método vs. consumo real

Tabla resumen de la comparativa entre el consumo real y el porcentaje de desviación de los consumos estimados según los diversos métodos

Consumo [m³/cortador]

Método

Proyecto TBM Geología

Los consumos reales de Vigo son significativamente superiores que los estimados por los distintos métodos. Analizando los resúmenes de producción y partes diarios se obtiene como causa potencial de estas discrepancias la siguiente: en Vigo el desgaste medio de los aros de corte ha sido de solo 19 mm. El motivo por el que se optó por establecer un criterio de cambio tan restrictivo es debido a que, si se dejaban desgastar más los aros, la penetración de los cortadores disminuía drásticamente y la tuneladora se quedaba atrapada sin posibilidad de penetrar la roca. El modelo del NTNU, por ejemplo, supone un desgaste medio en el momento de cambio de 30 mm. Por lo tanto, para tener en cuenta esta consideración, se podría aplicar un factor corrector que tuviese en cuenta esta particularidad. Una vez aplicado este factor (19/30= 0,63), el resultado entra en el rango aceptable de ±25%, (columna NTNU*). Por lo tanto, se puede concluir que el comportamiento diferenciado entre el desgaste en Vigo con respecto a Follo Line se observa tanto en las líneas de tendencia obtenidas en la correlación EEP y vida útil de los cortadores como analizando exclusivamente el consumo de cortadores real y comparándolo con otros métodos aceptados por la industria.

Esto sugiere que otros factores han entrado en juego para afectar a los consumos reales de Vigo y «desmarcarlos» de la tendencia marcada por los modelos teóricos y la tendencia EEP-consumo obtenida para Follo Line. Uno de los factores identificados ha sido la necesidad de adoptar un criterio de desgaste más restrictivo, lo cual implica cambios más frecuentes, para garantizar unas penetraciones aceptables. Este factor está relacionado con la idoneidad de la TBM para la geología encontrada.

Análisis de idoneidad de las TBM y lecciones aprendidas

El método del CSM permite realizar un análisis de la idoneidad de las especificaciones de las TBM en función de las propiedades geomecánicas del terreno a excavar. Para ello se comprueba si se cumplen tres condiciones para unas penetraciones dadas:

1. La fuerza de presión máxima de los cortadores es inferior a la capacidad máxima de los mismos.

2. El par necesario para obtener las penetraciones es inferior al par nominal de la TBM

3. La potencia necesaria es inferior a la potencia instalada del accionamiento.

Estudio de idoneidad de las prestaciones de la TBM de Vigo según CSM.

Las tuneladoras de Guadarrama fueron reutilizadas en Vigo. Sin embargo, el terreno excavado en Vigo ha sido significativamente más duro y abrasivo. Si se comprueban las prestaciones de la TBM para la penetración media obtenida a lo largo del proyecto (5,97 mm/rev), se observa que la fuerza de contacto de los cortadores es mayor que la capacidad de estos. La penetración a partir de la cual no se excede la capacidad de los cortadores es de 3,5 mm/rev (véase tabla de abajo).

A posteriori, se puede afirmar que las prestaciones de la TBM no eran suficientes para los ortogneis tan resistentes y duros que se encontraron (de características significativamente superiores a las previstas según el proyecto).

Los cortadores han trabajado por encima de su capacidad para alcanzar las penetraciones medias. Esto explica los elevados consumos y el posible motivo por el cual los datos de Vigo se salen claramente de la línea de tendencia marcada por otros proyectos. Cabe destacar que el método de CSM empleado para evaluar las especificaciones de la TBM no tiene en cuenta la fracturación del macizo rocoso. En los tramos más fracturados, los problemas antes mencionados fueron menores. Sin embargo, en tramos

macizos y sanos, la TBM se encontró con una gran oposición al avance.

Retrospectivamente, se puede afirmar que la adopción de cortadores de 19” con el consecuente aumento de su capacidad de 240kN/c a 315 kN/c hubiese sido una mejora clave para mejorar los rendimientos y reducir el consumo de cortadores y coste global del proyecto. En la misma línea, también habría sido recomendable la disminución de la separación de pistas a valores cercanos a 70 mm. Cambiando ambos parámetros en el diseño (19” y 68 discos en la cabeza) se comprueba la idoneidad (véase tabla de abajo).

Este diseño de rueda de corte optimizada ha sido el adoptado para los túneles de Noruega. ACCIONA ha incorporado las lecciones aprendidas de Vigo en el diseño de las TBM de Follo Line, de tal forma que fuesen capaces de hacer frente a las exigentes condiciones noruegas.

El uso de cortadores de 19” en vez de 17” tiene consecuencias claras en la mayor vida útil de los cortadores para terrenos muy resistentes y abrasivos al conllevar un incremento de la capacidad de estos. Esto redunda en la posibilidad de ejercer empujes mayores contra el frente. Ahora bien, estas modificaciones

deben ir acompañadas de unas capacidades mecánicas mayores de la TBM.

Rolando Justa Cámara: in memoriam

En memoria del ingeniero de caminos Rolando Justa Cámara, fallecido en diciembre de 2023, rendimos homenaje a su legado. La idea original del artículo surgió de la mente brillante de Rolando. Su apasionada contribución ha enriquecido considerablemente la

temática del artículo, reflejando la dedicación inquebrantable de Rolando a la ingeniería y los túneles hasta el final de sus días. Su visión perdura en este relato y en el compromiso continuo con la excelencia que él promovió durante sus más de 35 años de desempeño profesional en ACCIONA

Referencias

1 Bieniawski, Z. T., Celada, B., Tardaguila, I., & Rodrigues, A. (2012). Specific energy of excavation in detecting tunnelling conditions ahead of TBMs. Tunnels and Tunnelling International, FEB, 65-68

2 Bruland, A. (2000). Hard Rock Tunnel Boring (tesis doctoral). Norwegian University of Science and Technology, 1 to 10.

3 Tardáguila, I., & Suárez Vergara, J. L. (2007). Metodología para el seguimiento y control del terreno en el interior de los túneles de Guadarrama. En Ingeo Túneles

4 Teale, R. (1965). The concept of specific energy in rock drilling. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 2(2), 245. https://doi org/10.1016/0148-9062(65) 90016-1.

Evaluación del impacto de cortadores de 19” y reducción de la distancia entre pistas a 70 mm.

Comprobación de plausabilidad Iteración 1 Iteración 2

Ceremonia de cale de las TBM en la caverna de Oslo. Fuente: ACCIONA

Innovaciones y retos en la construcción de los túneles de servicio en la estación de Euston

Este artículo describe los retos e innovaciones en el diseño de una serie de túneles en mina que permitirán avanzar en la construcción de la ampliación de la estación de Euston motivada por la nueva línea de alta velocidad High Speed 2 (HS2). El proyecto consiste en el diseño y la construcción de un pozo temporal, dos túneles de hormigón proyectado (SCL) y sus conexiones a la infraestructura existente y en explotación del metro de Londres. La secuencia de construcción de la ampliación de la estación y su desarrollo urbanístico resulta en la necesitad de diseñar parte de los túneles para unas condiciones de carga y descarga muy relevantes. Las conexiones a la infraestructura existente, de 100 años de antigüedad y compuesta por elementos de hierro fundido, añadió complejidad al diseño. Finalmente, este artículo describe las ventajas que ofrece la aplicación del diseño paramétrico desde la fase conceptual al diseño de detalle.

Palabras clave HS2; SCL; metro de Londres; diseño paramétrico.

This paper describes the innovations and challenges faced in the detailed design of a set of mined tunnels which are part of the enabling works for the High Speed 2 (HS2) Euston Station in central London. The project encompassed the design of a temporary shaft, two sprayed concrete lining (SCL) tunnels as well as the connections to old existing London Underground (LU) assets. The construction sequence of the project, involving the excavation, construction of the Euston Station box and associated oversite development, led to challenging unloading and reloading load combinations. The new connection to the more than 100 years old cast iron LU existing assets added further complexity to the design requirements. This article describes the main design decisions and offers insights into application of parametric modelling within the context of a detailed design project.

Keywords HS2; SCL; London Underground; parametric modelling.

Este proyecto consiste en la construcción de una nueva subestación eléctrica de tracción y ventilación, así como otros servicios para el metro de Londres en la estación existente de Euston. Mott MacDonald ha liderado el diseño de detalle y apoyo a la construcción llevada a cabo por la U.T.E. formada por Mace y Dragados.

La estación de Euston será ampliada para operar como estación terminal de la nueva línea de alta velocidad HS2 (High Speed 2) en el corazón de Londres, conectando la capital con el norte del país. Para ello es necesario reconfigurar y liberar la zona adyacente a la actual estación (véase imagen de abajo). En esta zona se encuentra actualmente un edificio que proporciona diversos servicios a las líneas Victoria y Northern del metro de Londres. Esos servicios conectan el edificio

con los túneles del metro mediante una serie de pozos y galerías, la mayoría de los cuales tiene aproximadamente cien años de antigüedad.

Para poder liberar la zona y comenzar la excavación y construcción de la ampliación de la estación de Euston, es necesario demoler todas las edificaciones existentes. Para no afectar el servicio de las líneas existentes el nuevo edificio se situará fuera de la zona de ampliación. La conexión entre el nuevo edificio y las galerías subterráneas existentes se realizará mediante excavaciones en mina.

Esta fue la opción escogida a fin de poder desacoplar la construcción de estas conexiones con la ampliación de la estación, frente a una opción en cut-and-cover que hubiera requerido una coordinación de actividades más compleja.

Los nuevos túneles están situados entre capas de la formación Arcilla de Londres (London clay) y elementos cohesivos del grupo Lambeth (Lambeth group) a aproximadamente 20 metros de profundidad. Aunque ambos estratos muestran una excelente estabilidad a corto plazo facilitando la excavación, existía el riesgo de encontrar capas arenosas con una alta presión intersticial en el grupo Lambeth. La gestión y mitigación de este riesgo requiere una planificación adecuada tanto durante el diseño como durante la excavación. Los elementos que constituyen la nueva infraestructura para conectar el nuevo edificio con las galerías existentes se resumen en el siguiente plano de planta (véase imagen bajo estas líneas) y se describen a continuación:

• Dos túneles de 6 m de diámetro interior de media con sostenimiento de hormigón

Vista general de la estación de Euston y zona de la futura ampliación.

Vista del pozo y los nuevos túneles a ejecutar.

proyectado con fibras y un revestimiento de hormigón in situ y membrana de impermeabilización entre ellos. Los túneles, de 25 y 80 metros de longitud respectivamente, albergan un muro intermedio para separar la zona de ventilación de la zona de sistemas y otros servicios.

• Un pozo temporal por el que comenzará la excavación de ambos túneles. El pozo se compone de anillos de 8 m de diámetro de dovelas de hormigón con fibras en los primeros 10 metros de excavación (construido mediante el método caisson y así salvar los estratos permeables superficiales) para después incrementar el diámetro a 10.5 m hasta una profundidad de 21 m. Este segundo tramo se ejecutó con hormigón proyectado con fibras y excavación mecánica aprovechando la

Vista del acabado de la fachada de la nueva subestación.

impermeabilidad del estrato en el que se excava (formación Arcilla de Londres).

• Dos conexiones cortas (diámetro circular 4.5 m) que conectan los nuevos túneles con las galerías existentes.

Al tratarse de una nueva infraestructura de geometría compleja en pleno centro de Londres, la planificación, diseño y construcción supusieron un gran reto de coordinación con todas las partes implicadas: propietarios de infraestructura existente y de HS2, servicios, tráfico, logística, diseñadores y constructora. Reunir todos los condicionantes desde una fase temprana es esencial para una adecuada selección de la solución de diseño y medios de ejecución, teniendo en cuenta la sostenibilidad y los factores constructivos y administrativos, entre otros. De la misma manera, la coordinación con el diseño de la

a su cimentación con losa de fondo y pilotes situados a una distancia mínima de 1.5 m del túnel.

Retos en el diseño Los túneles en su fase de servicio y una vez ejecutada la ampliación de la estación de Euston se encontrarán inmediatamente debajo del sótano de la nueva estación tal y como se puede observar en la (véase la infografía bajo estas líneas). Eso significa que más de la mitad del trazado de los túneles de conexión se verán sujetos a diversos escenarios de carga, ya que deberán estar ejecutados y en servicio antes del comienzo de la excavación del sótano de la estación, construcción de la estación y posterior construcción de un desarrollo urbanístico.

Esquema de la vista longitudinal del sótano de la estación y del túnel debajo de la estructura.

estación de Euston HS2 fue esencial debido

Componentes estructurales del proyecto

Sostenimiento (temporal)

Revestimiento (permanente)

Esto generará unas significativas fluctuaciones en las tensiones del terreno, desde un ciclo de descarga (excavación de 13 metros de profundidad desde superficie dejando un mínimo de 1 metro de cobertera con la corona del túnel) a un ciclo de carga donde se espera un edificio de entre 15 a 20 plantas (por confirmar). En cambio, otra sección del túnel no se encuentra afectada al estar situada fuera de la planta de la estación.

Para analizar las diferentes secuencias de carga y descarga del túnel durante su vida útil, se desarrollaron modelos de elementos finitos con Plaxis donde se emplearon modelos constitutivos tipo Cam-Clay para los estratos arcillosos.

El sostenimiento del túnel se modeló con un material eslastoplástico Mohr-Coulomb.

Este sostenimiento de 200 mm de hormigón proyectado reforzado con fibras se diseñó exclusivamente para resistir las cargas a corto plazo y sin drenaje.

El revestimiento de hormigón armado in situ es el encargado de resistir las cargas del terreno a largo plazo y también las variaciones en las tensiones del terreno en los

procesos de carga y descarga. Debido a esto, el revestimiento permanente alcanza un espesor de 475 mm y requirió un importante y singular armado con barras de hasta 32 mm de diámetro.

A pesar de que se exploró la posibilidad de considerar sostenimiento y revestimiento

funcionando de manera híbrida o compuesta con la colaboración del primero a largo plazo, no fue posible cuantificar de manera fiable este efecto debido a la existencia de la membrana de impermeabilización y la secuencia de carga y descarga. Ambos elementos fueron analizados de forma independiente con unas condiciones de interfase y adherencia limitadas en los modelos numéricos.

Debido a la diferencia sustancial en la deformación del túnel a lo largo de su trazado se tuvo que dotar de juntas para desligar los movimientos verticales entre las zonas sometidas a los procesos de carga-descarga y las que no lo están y en la transición túnel-pozo (véase imagen de la izquierda). Para esto se contó con la colaboración de la compañía Sika, que colaboró en el diseño e instalación de juntas circunferenciales especiales cada 10 metros que permitían movimientos relativos de entre 20 y 30 mm. Estas juntas permitían mantener los requerimientos de estanqueidad del túnel a su vez que evitaban importantes esfuerzos asociados a movimientos diferenciales.

Vista del encofrado del revestimiento permanente del túnel y la junta entre el túnel y el pozo.

Dos galerías de conexión conectan el nuevo túnel con las galerías existentes. La conexión para sistemas se ejecuta desde el nuevo túnel mediante el sistema parent-child (véase, a la derecha, la zona izquierda de la imagen de arriba), es decir comenzando la excavación desde el túnel, demoliendo el sostenimiento y excavando a 90 grados hasta llegar a un pozo existente en el que hay que abrir su revestimiento, en este caso de hierro fundido (cast iron), un solución muy típica en Londres para estructuras de esa época.

La conexión para la ventilación, por otra parte, se consigue mediante una galería en mina de trazado curvo, comenzando desde el muro de cierre del nuevo túnel (al fondo en la primera imagen de esta página) y conectando con una galería también de hierro fundido que acaba en un muro de cierre existente de hormigón.

La conexión en ambos casos implica la demolición o modificación de elementos estructurales existentes.

Los mayores retos para el diseño de estas conexiones fueron:

• Fiabilidad de la información existente.

La existencia de planos de principios del siglo XX proporcionados y de un escáner 3D de las galerías existentes fueron muy útiles para la planificación y diseño en sus primeras fases; sin embargo, cierta información no visible requirió ser confirmada mediante extracción de probetas (como, por ejemplo, la confirmación del espesor de muros y el número de anillos de acero embebidos en el hormigón) mientras que con frecuencia los planos no reflejaban el estado final tras ser construidos.

De arriba a abajo, Vista del túnel corto y sus dos galerías de conexión a la infraestructura existente.

Estado del pozo existente a conectar la galería de servicios.

Muro de cierre al ser demolido y conectado con la galería de ventilación.

Estado tras la demolición de muro de cierre existente.

Conexión estructural de la galería de ventilación finalizada.

• Estabilidad y durabilidad de la infraestructura existente.

Demostrar el cumplimiento con la vida útil y los requerimientos del proyecto (como la estanqueidad) para conexiones que incorporan elementos nuevos y existentes. Debido a ello, se propuso una serie de investigaciones con métodos no destructivos y destructivos a fin de obtener toda la información necesaria para elaborar el diseño de detalle. Estas investigaciones pusieron de manifiesto un alto nivel de corrosión en algunas partes expuestas del revestimiento (como se puede observar en la segunda imagen). Por ello, y porque esa estructura no estaba preparada para albergar una abertura como la que se requería, hubo que diseñar un nuevo revestimiento de hormigón. La conexión para la sección de ventilación con la galería existente (véase, a la derecha, la imagen del medio) se diseñó como un collar de hormigón abrazando el revestimiento de hierro fundido existente. Este diseño supuso un reto geométrico, ya que, a pesar de la información de planos e investigaciones adicionales, la conexión se ejecutaría sobre elementos ocultos y de estado desconocido y requirió un complejo detalle de impermeabilización para asegurar la estanqueidad de la conexión. En las dos últimas imágenes de esta página se observan los trabajos de demolición y de conexión entre la galería existente y la nueva infraestructura.

Diseño paramétrico

Para este proyecto se ha utilizado, por primera vez en el Departamento de Túneles de Mott MacDonald y en la fase de diseño de

detalle, un sistema de diseño paramétrico. La mayor innovación y ventaja de esta metodología consiste en diseñar a partir de parámetros fácilmente identificables que definen todo el diseño. Esta es la «única fuente» (single source of truth) que proporciona un proceso mucho más robusto y simplificado de seguridad donde la verificación y validación de los cambios se reduce así como el tiempo de chequeo del modelo y el riesgo remanente de errores.

Esta metodología ha sido aplicada durante todas las fases del proyecto, desde la determinación de la geometría del pozo, los túneles y las conexiones hasta las últimas modificaciones en fase constructiva y la exportación de la geometría a los modelos estructurales. Debido a los potenciales cambios requeridos por las numerosas incertidumbres con las que había que lidiar durante el diseño, con un programa muy ajustado y la coordinación con agentes externos, se decidió automatizar los procesos de diseño para poder adaptar rápidamente la geometría en caso de ser necesario. El diseño paramétrico jugó un papel esencial en este reto.

En este proyecto se utilizó el software AutoDesk Dynamo. Este software es un paquete que permite codificar de manera gráfica y lógica la geometría. Se desarrollaron tres guiones o secuencias de comando (scripts) diferentes, uno para cada zona del proyecto. Uno para el pozo; otro, para el túnel largo; y finalmente otro, para el túnel corto con sus conexiones. En total 120 parámetros gobernaban el diseño de los túneles y pozo y eran controlados desde la base de datos.

El pozo temporal destaca por su complejidad y por ello el uso del diseño paramétrico demostró ser muy ventajoso. Este pozo incluía una transición de anillos de dovelas

Proyecto London Euston HS2. Subestación de Tracción (“Sugar Cube”)

Código QR para acceso al proyecto.

prefabricadas a hormigón proyectado con diferentes diámetros y conectados de manera asimétrica pues sus centros no estaban alineados. Asimismo, también incluía dos entronques con los túneles corto y largo. Por último, el diseño también contemplaba la estructura permanente interior y los collares.

El diseño del túnel corto incluyendo sus conexiones era un ejemplo claro de «futuros cambios desconocidos», ya que los parámetros clave de la infraestructura existente no estaban disponibles en el momento de comenzar el diseño. Así, el diseño paramétrico permitió codificar el diseño a la espera de confirmar y actualizar estos parámetros.

Conclusiones

Las nuevas infraestructuras asociadas a la ampliación de la estación de Euston para dar cabida a la línea High Speed 2 (HS2) dotarán al sistema de metro de Londres de un nuevo edificio para servicios. Este se conectará a la infraestructura existente mediante una serie de túneles y galerías en mina en los que destacan la complejidad y singularidad que conlleva el hecho de tener que ejecutar nuevos túneles en el centro de Londres.

La posterior excavación y construcción del sótano de la estación ampliada y la conexión con una infraestructura de más de cien años de antigüedad supusieron unos retos a los que el diseño dio solución, facilitando la construcción, que finalizó en 2022.

https://www.hs2.org.uk/building-hs2/ stations/euston/traction-substation-tss/

La exitosa aplicación del diseño paramétrico en este proyecto ahorró un tiempo considerable contribuyendo a obtener más flexibilidad en el diseño y más tiempo para optimizar el producto final y reducir el riesgo de errores y retrasos inncesarios en el programa.

Vista 3D del pozo temporal

Túnel largo

Vista en 3D

Túnel corto

Metodología de excavación con preinyección en túneles

Aplicación de la

técnica

en el túnel

Guillermo Gaviria Echeverri (Colombia) y en los túneles de Sotra (Noruega).

En este artículo se presentan las experiencias de excavación con preinyección sistemática en el túnel Guillermo Gaviria Echeverri en Colombia, y en los túneles de Sotra en Noruega. Esta metodología consiste en ejecutar una corona de inyecciones de cemento, microcemento o resinas por delante del frente a medida que avanza la excavación. El objetivo del sistema es reducir la permeabilidad del macizo rocoso en el entorno del perfil excavado para limitar el caudal drenado por el túnel hasta unos niveles preestablecidos. En consecuencia se reduce el impacto en los acuíferos del entorno. Adicionalmente, el tratamiento mejora la resistencia del terreno y favorece la estabilidad de la excavación.

La utilización de inyecciones en el terreno es algo habitual en las obras subterráneas, aunque normalmente se aplica en zonas puntuales y muchas veces con posterioridad al avance del túnel. En cambio, sistematizar la metodología hasta que forme parte del ciclo constructivo es menos común. En los países nórdicos esta práctica está muy extendida ya desde los años 60-70, seguramente debido a las características geológicas e hidrogeológicas de estas regiones y a la mayor conciencia medioambiental. Esto ha generado unos requisitos normativos y criterios muy exigentes en los proyectos, obligando al desarrollo e implementación de esta metodología de excavación con preinyección en la mayoría de los túneles que allí se ejecutan. En los

últimos años, muchos proyectos internacionales incluyen esta sistematización dentro de las bases de diseño, siendo necesario tener un buen conocimiento del método para valorarlo adecuadamente y ejecutarlo de forma correcta para evitar los sobrecostes de inyecciones a posteriori a fin de corregir las posibles deficiencias.

El caso del túnel Guillermo Gaviria Echeverri en Colombia

Se trata de un túnel carretero de 9730 m de longitud y 110 m2 de sección de excavación para doble carril en calzada única. Forma parte del proyecto de construcción de la nueva autopista de Santa Fe a Cañasgordas en Colombia. Su construcción

Dídac Plana

Aguilar

Ingeniero geológico, FCC Construcción S. A.

José Antonio Leira Velasco

Ingeniero de caminos, FCC Construcción S. A.

Perfil geológico del túnel Guillermo Gaviria Echeverri

Potentially Unstable Wedge

está a cargo del Consorcio CAM, formado por Colombiana de Infraestructuras SAS (filial de FCC), C. A. Solarte, Estyma S.A., y CASS Constructores & Cia SCA.

Es el túnel más largo y profundo del país, y su cale se realizó en octubre de 2023. Dispone de un túnel paralelo de 35 m2 de sección para la galería de escape. El túnel alcanza coberturas de 900 m en una geología compleja formada en la mitad SE por rocas volcánicas tipo basaltos y andesitas de la formación Barroso (Jurásico superior al Cretácico inferior), y en la mitad NW por rocas metasedimentarias estratificadas de la formación Penderisco (Cretáceo) con limolitas, grauvacas, lutitas y liditas intercaladas con algunas rocas volcánicas como basaltos y diabasas.

El macizo está fuertemente tectonizado y presenta importantes fallas que son cruzadas por el túnel. Aunque mayoritariamente los materiales tienen baja permeabilidad, los niveles piezométricos locales pueden ser muy elevados y se cruzan algunos manantiales en el sector de la formación Penderisco asociados

a las grandes fallas, que actuarían como barrera frente al flujo hidrológico favoreciendo el almacenamiento del agua en ciertas zonas. El estudio hidrogeológico del túnel estableció el requerimiento de un valor máximo de caudal drenado permitido para fase constructiva y en explotación. Este criterio está basado en motivos medioambientales para asegurar que no se afectarán los acuíferos superficiales que existen en los valles y laderas de la cordillera por donde discurre. El valor

que fija el proyecto de caudal máximo es 30 l/min/100 m.l de túnel, que corresponde para toda la longitud a 50 l/s. Por otro lado, en las bases del proyecto hay otro requerimiento relacionado con el agua que hace referencia al nivel de estanqueidad del túnel, que debe ser Clase 3. Esto implica un túnel prácticamente seco en su interior donde solo se permite la presencia de manchas aisladas de humedad en las paredes.

En el proyecto se analizan y discuten varias alternativas en el diseño del túnel para cumplir estos requerimientos y se deciden los siguientes criterios básicos:

• El túnel debe ser «drenado» para optimizar la estructura del revestimiento y evitar que tenga que resistir las altas presiones de agua que se desarrollarían en un túnel «no-drenado» además de las elevadas cargas geostáticas a largo plazo.

• Colocar un sistema de drenaje así como impermeabilización entre el sostenimiento primario y el revestimiento final. El drenaje consiste en un geotextil sintético

Potentially Unstable Wedge

Pattern of drills each 4 m of lineal meter of tunnel

Segunda fase de perforaciones para post-inyección si tras la primera fase las infiltraciones siguen superando el criterio

Primera fase de perforaciones para post-inyección

no tejido de polipropileno de 250 gr/m2 dispuesto en todo el perímetro de la sección, junto con unos tubos dren de 150 mm de diámetro perforados dispuestos longitudinalmente en la base de ambos hastiales. Estos están conectados cada 50 m transversalmente con un tubo colector central de hasta 400 mm de diámetro que transporta el agua drenada a ambas bocas del túnel desde el punto alto del trazado. El sistema de impermeabilización consiste en una membrana de PVC de 2 mm de espesor dispuesta en todo el perímetro de la bóveda la sección. Este diseño asegura el concepto de túnel «drenado», es decir que el revestimiento estará libre de cargas debidas a la presión del agua, y mantiene el interior del túnel «seco» con el nivel de Clase 3 exigido.

• En los tramos de terreno con presencia de agua se implantará un sistema constructivo sistemático con preinyecciones en el frente dentro del ciclo de excavación y sostenimiento con el objeto de disminuir

la permeabilidad del terreno del entorno del túnel y asegurar los criterios drenaje máximo de los acuíferos.

La metodología seguida para el sistema de avance con preinyección ha sido la siguiente:

• Investigación continua desde el frente con un mínimo de 2 sondeos destructivos de 20 de longitud, que se repite cada 15 m de avance.

• Aforo del caudal de agua en los sondeos de investigación. Si el caudal en

primario del túnel

Primera fase de perforaciones para post-inyección Bulones sistemáticos

Segunda fase de perforaciones para post-inyección si tras la primera fase las infiltraciones siguen superando el criterio

un sondeo es Q>0.4 l/s, se deberá ejecutar como mínimo un abanico de preinyecciones.

• Tras la inyección de cada abanico, se verifica con nuevos aforos si ya cumple el criterio de caudal y, en caso contrario, se implementan nuevos abanicos de preinyecciones hasta lograrlo.

• Por detrás del frente del túnel y aproximadamente cada 100 metros, se encauza el agua de las zanjas provisionales de drenaje y se establecen unos puntos fijos de aforo en arqueta provisional. Si el caudal supera los Q>30 l/min/100 m el tramo será objeto de posinyecciones hasta alcanzar los valores requeridos. El esquema general de las preinyecciones para el túnel principal se presenta en las imágenes de la parte superior de la página 98 y consiste en lo siguiente:

• Cada abanico de inyección está compuesto por unas 24 perforaciones dispuestas en el perímetro formando un cono con unos 15º de apertura, con taladros separados 1.7 m y longitud de 23 m.

Túnel Sección: 100 m2

34 m Spring Line Crown Wall

Esquema de las cortinas de post-inyección en el túnel

Guillermo Gaviria Echeverri

Sostenimiento

Túnel Spring Line Crown Wall

Frente de excavación en la abscisa K33+249 desde el portal de Cañasgordas. Febrero de 2022.

Túnel Guillermo Gaviria Echeverri con el revestimiento terminado en enero de 2024, mientras se ejecuta la galería de conexión con el túnel de escape.

Aureola de inyección

Aureola de inyección

Inyecciones de impermeabilización. Galería de rescate.

Esquema de los abanicos de preinyección en el túnel

Guillermo Gaviria Echeverri Vista en planta

Vista isométrica

• La perforación e inyección de cada abanico normalmente se divide en 2 fases, lo que permite evaluar la efectividad en la primera fase y optimizar la segunda cuando es posible. En algunas ocasiones, es necesaria una tercera fase de refuerzo.

• El solape entre abanicos consecutivos es de 5 m.

• Las inyecciones se realizan con cemento usando varias fórmulas de dosificación según el caso. La relación a/c varía de 0.7 a 1.2, y las admisiones medias son de unos 30 kg de cemento por cada m.l de perforación, aunque se alcanzan valores pico de hasta 200 kg/m.l.

En algunos tramos ha sido necesario hacer posinyecciones. Normalmente cuando la fase de preinyección se demora demasiado impidiendo el avance del túnel es cuando se toma la decisión de completar el tratamiento a posteriori. Esta elección se aplicó de forma excepcional en ciertos tramos muy complejos, sabiendo que el beneficio de seguir avanzando en el túnel tiene la contrapartida de un sobrecoste en inyecciones, que puede ser de hasta 3 a 5 veces superior por m.l de túnel frente a completar las preinyecciones. Además, dejar el tratamiento a posteriori tiene el riesgo de que se superen temporalmente los requerimientos de drenaje máximo permitido.

El diseño base para las posinyecciones se muestra en el esquema de la infografía de la página 99, arriba y consiste en lo siguiente:

• Cortinas de inyección con 8 a 12 perforaciones dispuestas radialmente y de longitud 8m. La separación entre cortinas

es de 4 m, aunque localmente puede densificarse.

• Las perforaciones e inyecciones se dividen normalmente en 2 fases con el objeto de optimizar si los resultados de la primera fase lo permiten.

• El esquema de inyecciones se adapta a la distribución real de las filtraciones.

• El producto inyectado puede ser cemento, pero normalmente se utilizan resinas bicomponente.

• Las admisiones son muy variables, con valores medios superiores a los 100 kg de cemento por m.l de perforación.

En el túnel Guillermo Gaviria Echeverri se ha logrado mantener los caudales totales drenados por debajo de los requerimientos exigidos. A pesar de que en algún tramo especialmente conflictivo se han alcanzado valores punta locales próximos a los 30 l/ min/100 m de túnel, en el conjunto de

ambas bocas del túnel el caudal drenado es de 40 l/s, inferior a los 50 l/s fijados como criterio del proyecto.

La metodología prevista en los túneles del proyecto de Sotra en Noruega Este proyecto consiste en el diseño, construcción y mantenimiento de la duplicación de la carretera Rv-555 que discurre por los municipios de Bergen, Fjell y Øygarden. Esta carretera tiene actualmente una calzada y un carril por sentido, y se dotará con dos carriles por sentido. El contrato fue adjudicado a finales del 2021 al consorcio de construcción formado por FCC, Webuild y SK. Incluye un total de 24 km de carreteras entre el eje principal y los accesos. Como elementos singulares destaca el nuevo puente atirantado para cruzar el fiordo de Sotra con 592 m de luz en el vano principal, y los más de 10 km de túneles repartidos en 4 túneles bitubos para el eje principal y varios túneles adicionales entre rampas de acceso y ejes secundarios. Los túneles se excavan en un macizo rocoso de granitos y gneises granodioríticos generalmente de buena calidad. Ciertos tramos pueden afectar a acuíferos cercanos, lagos, etc. de manera que se debe implementar la metodología de preinyecciones sistemáticas en el frente allí donde sea necesario para cumplir los requerimientos exigidos. La normativa de referencia es la Norwegian Public Road Administration Handbook N500: Road Tunnels de 2021, a partir de la cual se establecen unos límites máximos de drenaje en

Vista de los emboquilles de los túneles de Koltveit del proyecto de Sotra. Octubre de 2023.

los túneles para que se minimice el impacto de su excavación según los condicionantes particulares de tipo medioambiental, pero también de usos y otros motivos. Los distintos grados de caudal admisible que puede drenar el túnel son los siguientes:

• Q<2,5 l/min/100 m.l de túnel: requerimiento extremadamente restrictivo para zonas con riesgo directo sobre explotaciones del acuífero o por presencia de zonas urbanas donde se pueden producir asientos, etc.

• Q<5.0 l/min/100 m.l de túnel: requerimiento restrictivo, aplicable en zonas sensibles medioambientalmente, tales como la cercanía de lagos o embalses, etc.

• Q<10 l/min/100 m.l de túnel: requerimiento intermedio, criterio habitual de aplicación para la mayoría de los casos.

• Q<30 l/min/100 m.l de túnel: requerimiento poco restrictivo, para zonas de baja sensibilidad donde se puede ser menos exigente.

Los esquemas de inyección consisten en perforaciones dispuestas en abanicos cónicos que envuelven el entorno de la sección y que se van ejecutando de forma consecutiva

Esquema de inyección para terreno que requiere sostenimiento tipo III-IVa

con un cierto solape a medida que avanza la excavación. Se diseñan hasta cuatro tipologías de menor a mayor densidad de perforaciones según el tipo de terreno, asumiendo que para terrenos de peor calidad es esperable que el tratamiento necesario sea más masivo. En la tabla de abajo se definen los cuatro esquemas de inyección definidos. Los terrenos de peor calidad incluyen una serie de inyecciones en el frente en perforaciones horizontales según se define en la tabla de la página siguiente. La imagen de la izquierda muestra un esquema tipo. De acuerdo con la normativa vigente, se exige un mínimo de 2 o 3 perforaciones de investigación en avance para realizar aforos y determinar si es necesario inyectar o validar cuando las inyecciones han alcanzado el objetivo deseado. Se amplía a 5 perforaciones cuando el túnel se encuentra cerca de lagos o zonas con masas de agua importantes. El aforo de las perforaciones de prueba se compara con unos criterios de máximo caudal admisible según las recomendaciones de buena práctica para túneles en Noruega, y sirve para decidir si es necesario realizar preinyecciones, o si se puede liberar la sección. Estos criterios varían en función del caudal

Esquemas de preinyección sistemática en el contorno de la sección según el tipo de terreno

Esquemas de preinyección sistemática en el plano de la sección según el tipo de terreno

Esquema de inyección

Esquema de inyección

Panorámica renderizada del futuro desdoblamiento de la carrera Rv-555 en el tramo del puente de Sotra.

Caudales recomendados en el aforo de las perforaciones de prueba según la buena práctica en Noruega y según el nivel de caudal admisible en el túnel

Caudal de filtración límite por túnel

10,0 L/min/100m

5,0 L/min/100m

2,5 L/min/100m

Máxima filtración en perforación de control/prueba para toma de decisión de inicio de inyección

1,0 L/min para 1 perforación de control, o 2,0 L/min para > 1 perforación de control (todas las perforaciones combinadas)

0,4 L/min para 1 perforación de control, o

0,8 L/min para > 1 perforación de control (todas las perforaciones combinadas)

Ejecutar inyección sistemática

Tipo de cemento para inyección según el tipo de macizo rocoso y su permeabilidad

Classe de macizo rocoso

Rango de permeabilidad Lugeon del macizo rocoso

A / B / C /D 0,01 ÷ 1

Valor Lugeon para determinar el tipo de cemento Tipo de cemento

< 1 Microcemento de mayor finura con aditivo superplastificante / humo de sílice y/o silicatos, epoxi, sílice coloidal, poliuretano sílice coloidal, poliuretano

1 ÷ 5 Microcemento con aditivo superplastificante y humo de sílice

E 1 ÷ 10

F 10 ÷ 100

3 ÷ 10

Cemento estándar CEM 42.5 RR con aditivo superplastificante y humo de sílice

10 ÷ 15 Cemento estándar CEM 42.5 RR con aditivo superplastificante y humo de sílicehumo de sílice

10 ÷ 50 Cemento estándar CEM 42.5 RR con humo de sílice o partículas plásticas/expansivas

> 50 Cemento estándar CEM I 42.5 RR con arena y gravas

G > 100 > 50 Cemento estándar CEM I 42.5 RR con arena y gravas

máximo requerido en cada tramo de túnel, según se muestra en la primera tabla de esta página, arriba.

Los productos de inyección habituales en Noruega para las preinyecciones son mezclas de cemento con una relación a/c de 0.7–0.6, o microcementos con relación a/c de 1.1 a 0.7, y con superplastificantes añadidos. Para este proyecto se han establecido los materiales de inyección en función de la clase de macizo rocoso y de su permeabilidad según se muestra en la tabla sobre estas líneas.

Conclusiones

El criterio de parada de la inyección en cada perforación se establece, siguiendo la práctica habitual, al alcanzar cierta presión o cierto volumen de lechada inyectada, siendo los valores de referencia 80 bares de presión o 1000 l de lechada por perforación, que equivale aproximadamente a 700 kg de cemento.

Agradecimientos

Agradecer de forma especial a todas las personas que forman parte de FCC Construcción y que hacen posible transformar en un éxito grandes proyectos que son un reto técnico en diseño y en ejecución.

Las obras de túneles tienen un amplio abanico de soluciones adaptadas a condicionantes varios, como la geotecnia, la geometría, la hidrogeología, etc. La excavación con la aplicación sistemática de preinyecciones en el frente para reducir la capacidad drenante del túnel es una metodología cada vez más extendida en las bases de diseño y en los requerimientos de los proyectos de túneles en todo el mundo debido a la mayor sensibilización medioambiental. En este artículo se presentan dos obras emblemáticas que están siendo construidas con la participación y el liderazgo de FCC en las que se ha aplicado esta metodología.

Colegio de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos

NÚMERO E SPECIAL