Túneles: Ingeniería y Construcción

Trazado en Planta

El trazado en planta de un túnel está formado por:

• Alineaciones rectas
• Curvas circulares de distintos radios
• Alineaciones de curvatura variable

En este tipo de trazado se debe considerar el estudio geotécnico y la afección a obras existentes.

Trazado en Alzado

Consiste en la definición de una rasante que relaciona la distancia recorrida a lo largo del trazado en planta con la cota.

• Rasante uniforme: inclinación constante.
• Acuerdo vertical: la inclinación varía linealmente con el recorrido entre las tangentes de entrada y salida.

Sección Transversal Tipo

Es perpendicular al eje longitudinal de cualquier tipo de obra lineal. Se define por:

• Bóveda: Superficie semicilíndrica que cubre el espacio superior comprendido entre dos muros.
• Hastiales: Elementos laterales donde se apoya la bóveda.
• Contrabóveda: Parte inferior del túnel.

Geometría del Túnel

Se define por tres líneas:

• Excavación total (exterior)
• Sostenimiento (o cara exterior)
• Revestimiento (cara interior)

Métodos Constructivos de Túneles

Los métodos constructivos principales son:

• Excavación: Consiste en la realización de galerías en el terreno mediante la rotura y extracción del material excavado.
• Sostenimiento: Conjunto de elementos estructurales que sirven para garantizar la estabilidad de la excavación en las condiciones y durante el tiempo que va a ser utilizado.
• Revestimiento: Se suele colocar con el objeto de conseguir un acabado superficial que mejore las condiciones de utilización.

Sistemas Constructivos de Túneles

1. Ejecución a Cielo Abierto

Construcción del túnel con técnicas de los trabajos a cielo abierto, que consiste en abrir o cortar el terreno desde la superficie y construir lo que luego será el túnel, tapar y cubrir el terreno excavado.

2. Ejecución Subterránea

La primera dificultad es la estabilidad del túnel a corto y largo plazo. El primer planteamiento es la realización de la excavación a:

• Sección completa
• Secciones parciales para evitar el colapso del túnel debido a hundimientos.

Excavación con Máquinas Puntuales (3 Sostenimientos)

• 1. Basado en soluciones flexibles: como el uso de bulones.
• 2. Basado en sistemas semiflexibles y técnicas complementarias.
• 3. Basado en un sostenimiento provisional con escudo.

Método Clásico de Madrid

Consiste en abrir una pequeña galería que se va ensanchando poco a poco hasta permitir hormigonar toda la bóveda, en lugar de excavar la bóveda a sección completa del túnel que daría inestabilidad.

Tuneladoras: Equipo de Excavación Mecánica

La excavación se realiza mediante un equipo de avance dotado de una cabeza giratoria con elementos de corte que funciona mediante motores hidráulicos y que se desplaza mediante el empuje producido por un sistema de gatos. Estas máquinas se dividen en:

• Topos
• Escudos

Topos

Máquinas para excavar rocas duras y medias. Es una máquina abierta cuyo avance progresa al aplicar a la roca del frente los esfuerzos combinados.

Escudos

Máquinas para excavar rocas blandas y en suelos. Es una máquina que incorpora siempre un sistema integral de protección, una carcasa metálica que sostiene provisionalmente el terreno. Tipos:

1. Escudos de Frente Abierto

Cuando el frente es estable y las influencias reducidas, cuando se trabaja por encima del nivel freático, se distingue:

• 1a. Esc. Abierto con excavadora: Se utiliza en la técnica de obras de colectores, utilizan un sistema de construcción con diámetros inferiores y el suelo es de baja resistencia.
• 1b. Esc. Abiertos con rozadora: Iguales que en el anterior caso, pero se sustituye el brazo excavador por el brazo rozador para utilizarlos en suelos compactos.

2. Escudos de Frente Cerrado

Incorporan elementos a los anteriores:

• 1. Hidroescudo: Inyectan lodos bentoníticos en la cámara de la cabeza, que forman con el producto de excavación una mezcla que se mantiene a presión para estabilizar el terreno.
• 2. Escudo de presión de tierras: Utilizados en terrenos cohesivos donde el sostenimiento del frente se realiza mediante un equilibrio.
• 3. Doble escudo: Máquina en un escudo telescópico que proporciona el sostenimiento continuo y permite simultanear las fases de excavación y sostenimiento, ya que es capaz de avanzar indistintamente.
• 4. Mixta: Máquina polivalente para excavar en diferentes tipos de geología. Dotada de las funciones básicas de un hidroescudo y de un escudo de presión de tierras, además de poder trabajar como escudo abierto.

Dovelas de Revestimiento

Elementos prefabricados de hormigón armado que se unen entre sí formando un anillo cilíndrico.

Conexión: Por un lado, está el encaje radial formado por las juntas entre dovelas de un mismo anillo; por otro lado, el encaje circunferencial formado por la junta entre 2 anillos.

Unión de juntas de dovelas: Las juntas radiales se realizan mediante tornillos de acero; en las juntas circunferenciales, el encaje se produce por la presión que ejercen los gatos hidráulicos. La disposición de colocación de las dovelas en dos anillos contiguos puede ser:

• Forma cruz
• Forma T