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Métodos y equipos de excavación en túneles


Publicada By  Víctor Yepes Piqueras - EXCAVACIONES Y VOLADURAS, Métodos y equipos de excavación en túneles    

Una forma de construir un túnel consiste en ir empujando, mediante gatos, tramos sucesivos. Este método es similar al de los cajones empujados.

A continuación os paso una infografía realizada por  Hispana y Estudio da Vinci, en León, sobre este procedimiento constructivo empleado por la empresa española OPEMA. Espero que os guste.

 

Referencia:

MARTÍ, J.V.; YEPES, V.; GONZÁLEZ, F.; ALCALÁ, J. (2012). Técnicas de voladuras y excavación en túneles. Apuntes de la Universitat Politècnica de València. Ref. 530, 165 pp.

5 septiembre, 2017
 
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Construcción con método Bernold. Túnel de Jeresa (Fotografía: M. Romana)

Construcción con método Bernold. Túnel de Jeresa (Fotografía: M. Romana)

El método ideal de perforación de un túnel sería aquel que permitiese excavar el perfil y hormigonar la bóveda de un túnel simultáneamente. El método Bernold de ejecución de túneles consiste en la colocación, inmediatamente después de la excavación, de un sostenimiento rígido compuesto por cerchas sobre las que se monta una chapa troquelada denominada chapa Bernold, dejándose hasta la superficie de excavación una distancia igual al espesor del recubrimiento. Posteriormente se hormigona detrás de la chapa, sirviendo ésta como encofrado perdido y armadura. Esta es una opción válida para macizos de calidad mala o muy mala, aunque, según indica Romana (2001), su utilización ha decaído en España debido a la popularización del Nuevo Método Austríaco. Este sistema incorpora los siguientes elementos:

  • Chapas metálicas troqueladas, onduladas y curvadas, de 2 a 3 mm. de espesor y 1 m2 de superficie útil, solapadas y unidas entre sí por medio de pasadores también metálicos.
  • Cimbras de montaje o cerchas, formadas por perfiles de acero de ala ancha (HEB) con 3 o 4 articulaciones que facilitan el montaje de la chapa a la que sirven de soporte.
  • Tubos separadores metálicos, para arriostrar las cimbras y fijar su distancia. Las cerchas llevan unas chapas preparadas para encajar los separadores en ellas.

La aplicación del sistema Bernold es compatible con el control y gunitado del terreno y además proporciona un refuerzo adicional con el recubrimiento final del túnel realizado con los elementos anteriores, de la siguiente forma: Conforme se va realizando la excavación se van colocando las cimbras de montaje, arriostradas con los tubos separadores. La distancia entre cimbras es normalmente de 0,96 m. Partiendo de la base y a cada lado de la sección, se va montando la chapa Bernold, solapando y uniendo los sucesivos tramos con pasadores hasta llegar a la clave del túnel.

Chapa Bernold

Chapa Bernold

Colocada la chapa se hormigona el hueco que queda entre ella y la superficie del terreno, que debe tener un espesor mínimo de 1/15 a 1/20 del radio de la sección. Las ranuras de la chapa facilitan su adherencia y completa unión con el hormigón al refluir éste por ellas y por los huecos que quedan entre los solapes de los tramos contiguos; al mismo tiempo, estas ranuras facilitan la eliminación del agua sobrante durante el vibrado.

El hormigón que se emplea tiene una dosificación de cemento de 250-300 kg/m3, una relación a/c = 0,4-0,5 y un tamaño máximo de áridos de 30 mm. El tape frontal es perdido y se realiza normalmente con metal deplové o nervometal.

Como en cualquier método de excavación-entibación, el sistema Bernold puede combinarse con el bulonado, la inyección u otros medios de refuerzo complementario, aunque las cerchas y la chapa por su forma, ya constituyen un medio altamente resistente y capaz de absorber cargas disimétricas. Su empleo es muy recomendable en las zonas de boquillas y en el cruce de fallas o zonas tectonizadas.

Fuente: Tedesa, técnicas de entibación, s.a. http://www.dfdurofelguera.com/catalogo_tedesa/prod/prod_cat/chapa/Bernold/bernold.pdf

Fuente: Tedesa, técnicas de entibación, s.a. http://www.dfdurofelguera.com/catalogo_tedesa/prod/prod_cat/chapa/Bernold/bernold.pdf

Referencias:

MARTÍ, J.V.; YEPES, V.; GONZÁLEZ, F.; ALCALÁ, J. (2012). Técnicas de voladuras y excavación en túneles. Apuntes de la Universitat Politècnica de València. Ref. 530, 165 pp.

ROMANA, M. (2001). Recomendaciones de excavación y sostenimiento para túneles. Revista de Obras Públicas, 148(3408):19-28. (link)

6 junio, 2016
 
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Tunel con camión

Zipper truck system

¿Se puede construir rápidamente un túnel usando un camión como apoyo y usando piezas prefabricadas? Os voy a dejar este vídeo donde se puede ver la originalidad del proceso constructivo. Además, no hay mejor forma de ver cómo funcionan las piezas que conforman un arco. Espero que os guste.

En este otro vídeo se muestra cómo se puede construir un arco también con piezas prefabricadas a modo de dovelas.

 

8 noviembre, 2015
 
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Sin títuloA continuación os dejo un vídeo de la empresa Herrenknecht del funcionamiento y aplicabilidad de los escudos EPB de gran diámetro. Espero que os guste.

 

25 octubre, 2015
 
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http://www.excmontesorientales.es/

Los terrenos expansivos suponen un auténtico dolor de cabeza para los ingenieros. Si sumamos un terreno soluble y corrosivo, tenemos un buen problema a solucionar, tal y como nos comenta Enrique Montalar en su blog respecto a la construcción del túnel de El Regajal. Todas estas circunstancias obligaron a diseñar complejos procesos constructivos durante la ejecución del túnel con unos revestimientos estructurales de gran rigidez que, en muchos casos, debían quedar finalizados muy cerca del frente de excavación.

El túnel de El Regajal es uno de los elementos más importantes de la línea de alta velocidad Madrid-Castilla La Mancha-Comunidad Valenciana-Región de Murcia, tanto por su complicada ejecución desde el punto de vista geológico y geotécnico, como por el valor medioambiental de la infraestructura. Este túnel se incluye en el tramo Aranjuez-Ontígola, de 4,7 km de longitud, que discurre entre los términos municipales de Aranjuez (Madrid) y Ontígola (Toledo), y cuyas obras de plataforma cuentan con un presupuesto de 113,82 millones de euros. El proyecto lo hizo SENER, la empresa constructora fue la UTE ACCIONA-OBRAS SUBTERRÁNEAS y la asistencia técnica corrió a cargo de GETINSA, aunque cuando vieron lo que tenían entre manos entraron también en juego la UPM, la UPC y el CEDEX.

Os paso a continuación un vídeo que presenta el túnel de El Regajal, así como el proceso constructivo del túnel y singularidades de la obra

También os dejo unos vídeos explicativos realizados por voxelstudios.

 

31 mayo, 2015
 
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Tuneladora de doble escudo

Las denominadas tuneladoras de doble escudo son máquinas que presentan características tanto de topo como de escudo. Se trata de un escudo telescópico articulado en dos piezas diseñado para el sostenimiento del terreno cuando avanza la excavación del túnel. Su principal característica es su doble sistema de propulsión independiente, el primero para el escudo y el segundo para el topo.

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

La máquina presenta dos escudos (más…)

19 enero, 2015
 
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Boca sur del túnel de Guadarrama. Wikipedia

El túnel ferroviario del Guadarrama está formado por dos túneles paralelos, uno para cada sentido de la circulación, de 28 km de longitud. Es el más largo construido en España, el cuarto más largo de Europa y el quinto de todo el mundo a fecha de 2008. Iniciado el 28 de septiembre de 2002, su entrada en servicio tuvo lugar el 22 de diciembre de 2007 y en su construcción han llegado a trabajar más de 4000 personas simultáneamente. Es una de las mayores obras de ingeniería civil ejecutada en España. Éste túnel constituye la piedra angular de las líneas de alta velocidad que unirán Madrid con las principales ciudades del norte y noroeste de España.

Esta infraestructura atraviesa la sierra de Guadarrama partiendo desde el término municipal de Miraflores de la Sierra (Madrid) a una cota a 998 m y alcanzando una altura máxima de 1.200 m, con una pendiente del 1,5%, y volviendo a descender hasta los 1.114 m ya en las proximidades de la ciudad de Segovia. El máximo recubrimiento de la bóveda del túnel se da bajo el entorno del Pico de Peñalara, con 992 m de altura en ese punto. Los túneles tienen un diámetro de excavación de 9,45 m y un diámetro interior de 8,50 m, estando separados sus ejes 30 m.

El proceso constructivo empleó cuatro tuneladoras de roca extradura, atacando desde sus cuatro bocas. Al tener que atravesar fallas de materiales poco resistentes y prever situaciones de bloqueo de las máquinas, el tipo de tuneladora fue de doble escudo, con una capacidad de empuje sobredimensionada. Estas máquinas extrajeron 4 millones de m³ de los túneles. Dispone de galerías de emergencia uniendo ambos corredores cada 250 m, una gran estancia autónoma y estanca a mitad de recorrido, con cabida para 1.200 personas para su uso en caso de emergencia y se han instalado ventiladores reversibles que puedan inyectar aire si ocurriese un incendio. El diseño se ha realizado para que los trenes que lo recorran puedan alcanzar altas velocidades sin comprometer con ello la infraestructura.

 Os dejo un par de vídeos donde se explica la ejecución de esta infraestructura.

 

 

18 diciembre, 2014
 
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Publicada By  Víctor Yepes Piqueras - Cimbras, andamios y encofrados, EXCAVACIONES Y VOLADURAS, MAQUINARIA Y PROCEDIMIENTOS CONSTRUCTIVOS DE CIMENTACIONES Y ESTRUCTURAS, Métodos y equipos de excavación en túneles    

Los carros de encofrado para túneles constituyen estructuras auxiliares móviles que sirven para realizar el hormigonado de la sección. Combina la estructura de apeo con el encofrado que da forma a la bóveda. Estos sistemas de encofrado, están formados por una subestructura interior, y paneles que cubren y se unen de forma solidaria a dicha subestructura, ambos de naturaleza metálica, conformando un carro de encofrado ajustado a la geometría de sección del túnel, cuyo avance es través de carriles o raíles. Suelen disponer de sistemas hidráulicos para el avance, el encofrado, el desencofrado, el centraje transversal y el plegado de los hastiales, aunque también hay sistemas de accionamiento manual.

El encofrado puede estar compuesto por dos paneles hastiales y un panel clave, siendo así en la mayoría de túneles. Si la sección del túnel es próxima a circular se añade un faldón inferior a los hastiales laterales. Los hastiales presentan ventanas de hormigonado e inspección y soportes para vibradores de superficie e instalación neumática para alimentación de los vibradores. A los paneles clave se les dota de bocas de hormigonado.

Se pueden distinguir dos tipos diferentes: los carros de túnel en mina (en espacio confinado) o bien carros empleados para la construcción de falsos túneles (en espacio abierto).

Las características de cada túnel difieren (secciones, desarrollo en planta, tipo y espesor del hormigón, etc.) por lo que no se permite el empleo de estos equipos con un estudio de adecuación, es necesario la redacción de un proyecto específico completo para la utilización del sistema con los condicionantes propios exigidos en la obra a ejecutar. Os dejo en el siguiente enlace el marco normativo reglamentario y técnico aplicable a estas estructuras auxiliares: http://www.lineaprevencion.com/ProjectMiniSites/IS35/html/3-1-1/3_1_1_5.html

Las operaciones de montaje, desmontaje, fase de trabajo, y de traslado, supervisadas y coordinadas por técnico competente (titulación universitaria habilitante) con probados conocimientos en túneles y elementos auxiliares, que deberá estar adscrito a la empresa propietaria del elemento auxiliar. En la siguiente ficha podéis ver los riesgos más importantes asociados a este elemento auxiliar.

 

Carro falso túnel

Os dejo a continuación un vídeo realizado por la empresa ADARVE PRODUCCIONES sobre carros de encofrado para túneles para la firma RÚBRICA. Espero que os guste.

También os dejo un vídeo sobre el carro MK para túneles a cielo abierto es una estructura móvil para la ejecución de túneles. Combina la estructura de apeo con el encofrado que da forma a la bóveda.

Referencias:

MARTÍ, J.V.; YEPES, V.; GONZÁLEZ, F.; ALCALÁ, J. (2012). Técnicas de voladuras y excavación en túneles. Apuntes de la Universitat Politècnica de València. Ref. 530, 165 pp.

4 noviembre, 2014
 
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Excavación de bóveda en método belga. http://www.iniciaconstrucciones.es/

Método belga (también llamado Método clásico de Madrid o método de galería de clave) es un método para la construcción de túneles. Se basa en los principios que permitieron la construcción, en 1828, del túnel del Charleroi en el canal que enlaza Bruselas y Charleroi. Se caracteriza por la progresiva excavación de los elementos que componen el túnel, de tal forma que se van retirando los elementos más estables del túnel evitando el hundimiento o la falta de estabilidad del frente. El método se denomina método clásico de Madrid por ser el método más empleado en la construcción de los túneles del metro de Madrid. Se suele aplicar a túneles con un ancho máximo de unos 8 m libres más 3 m de ambos hastiales, es decir, de un máximo de 11 m.

Este método consiste en realizar la excavación abriendo una pequeña galería en clave del túnel para ir ensanchándola poco a poco, protegiendo y entibando el frente, hasta permitir hormigonar toda la bóveda.  El primer elemento excavado es la bóveda del túnel (se suele denominar avance en bóveda o calota). La bóveda se sostiene en el terreno mediante un entramado progresivo de madera. La bóveda se asegura con un encofrado y cuando está asegurada, la parte inferior se va excavando a medida que se va asegurando el avance. De esta forma la galería se va construyendo a medida que se avanza sin poner en riesgo a los trabajadores debido al hundimiento del túnel. Al abrir pequeñas secciones es posible solucionar cualquier problema que pudiera surgir de inestabilidad, puesto que la seguridad del método se basa en que se trabaja con un frente muy pequeño, normalmente inferior a 3 m2. Este método tiene la ventaja de estar muy comprobado en la práctica de la ingeniería civil, aunque su rendimiento es pequeño.

Esquema de ejecución de un túnel en mina por el método belga

Resumiendo, las fases serían las siguientes:

a) Excavación de la bóveda. Realmente se inicia con una galería de avance, entibada en la zona de clave, que va unos metros por delante de la bóveda, y desde la que se ensancha la excavación de esa zona. Esta excavación va unida a la debida entibación.

b) Hormigonado de la bóveda con inyección del trasdós para rellenar huecos y asegurar el contacto terreno-hormigón.

c) Excavación y entibación de hastiales por bataches, previa excavación en destroza.

d) Hormigonado de hastiales por bataches.

e) Destroza y hormigonado de la contrabóveda.

 Si la sección del túnel es grande, las fases c) y d) se cambian, se excavan los hastiales en pozo y se hormigonan antes de excavar la destroza.

Os paso algunos vídeos

(más…)

3 noviembre, 2014
 

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Ubicación y conexiones del Eurotúnel. Wikipedia

Eurotunel es un túnel ferroviario que cruza el canal de la Mancha, uniendo Francia con el Reino Unido. La construcción del túnel fue iniciada en 1986 y terminado en 1994, con una inversión total de 14,7 mil millones de euros. En la actualidad, cerca de 500 trenes circulan por el túnel cada día, con un tiempo de travesía de unos 35 minutos entre Calais/Coquelles (Francia) y Folkestone (Reino Unido). Tiene una longitud de 50,5 km, 39 de ellos submarinos, siendo así el segundo túnel submarino más largo del mundo, con una profundidad media de 40 metros, detrás del Túnel Seikan, cuya longitud es de 53 km.  El servicio ferroviario por el Eurotúnel tiene dos variantes: el Eurostar, para pasajeros, y el Shuttle, que transporta camiones, automóviles y motos.

Está formado por tres galerías:

  • Dos túneles de 7,6 m de diámetro reservados para el transporte ferroviario, uno de ida y otro de vuelta (A).
  • Una galería de servicios de 4,8 m, preparada para la circulación de vehículos eléctricos (B).

Sección transversal del túnel. Wikipedia.

Estas tres galerías están unidas cada 375 m por otras galerías transversales de auxilio y mantenimiento (C) y (D), que permiten que haya una corriente de aire para disminuir la presión, evitando así la propagación del humo en caso de incendio, así como la resistencia aerodinámica al paso de los trenes que circulan a 140 km/h. Cada túnel ferroviario contiene una sola vía, catenaria y dos pasarelas que se utilizan para las evacuaciones de emergencia, incluyendo un cruce submarino que permite a los trenes pasar de un túnel a otro para facilitar las operaciones de mantenimiento.

La construcción de un túnel que uniera Inglaterra con Francia fue propuesto por primera vez en 1802. El proyecto, sin embargo, no se materializó debido a la ausencia de técnicas apropiadas para la construcción de este tipo de túneles. La construcción del Eurotúnel no fue nada fácil. Un total de 11 tuneladoras, cada una con un peso de aproximadamente 450 toneladas, se utilizaron para excavar los túneles. Los dientes montados en su parte frontal están hechos de un metal extremadamente duro y al girar van penetrando en el terreno, haciendo espacio para que la máquina pueda seguir avanzando. La perforadora empleada en el Eurotúnel tenía 8,78 m de diámetro y 200 m de longitud, con un peso total de 11.000 toneladas.

Os dejo unos vídeos que espero os gusten.

1 noviembre, 2014
 
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