Método belga de construcción de túneles

 

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

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El túnel del Canal de la Mancha

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.

Rozadora o minador de eje transversal (ripping)

Rozadora de ataque frontalLas rozadoras o minadores son máquinas autoportantes en las que la excavación se efectúa por la incidencia del útil de corte con el terreno. Tienen además los elementos necesarios para recoger el material excavado y descargarlo sobre el medio auxiliar previsto para su evacuación.

La excavación con rozadora es eficaz en rocas blandas o muy alteradas, terrenos de tránsito o suelos de cierta cohesión y estabilidad. En suelos heterogéneos tienen la ventaja de poder adecuar y dirigir el esfuerzo de la máquina a la resistencia del terreno en cada punto.

Las rozadoras de ataque frontal (“ripping”, en inglés) hacen girar el cabezal alrededor de un eje horizontal, perpendicular al brazo de la máquina. Este tipo de máquinas son las más usuales en las obras civiles. Intervienen tres fuerzas en el arranque por parte de las picas. El par de corte es proporcionado por el motor que acciona la cabeza de corte. La fuerza horizontal se ejerce con el giro del brazo y la fuerza vertical con el peso de la rozadora. Aprovecha bien el empuje en la dirección perpendicular al frente del túnel. El tipo de pica más común es la pica cónica.

En un artículo de Laureano Cornejo podréis ampliar más sobre este tipo de máquinas: http://ropdigital.ciccp.es/pdf/publico/1985/1985_marzo_3234_05.pdf

En el siguiente vídeo podremos ver la construcción del  segundo túnel de Tabaza (Avilés, Asturias) con el minador Westfalia.

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Construcción de túneles mediante el Nuevo Método Austríaco

Túnel de Albertia. LAV Vitoria-Bilbao-San Sebastián

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

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

Estos principios son los que se aplican en Continue reading “Construcción de túneles mediante el Nuevo Método Austríaco”

Tuneladoras EPB: Escudos de presión de tierras

Dulcinea (Herrenknecht EPB Shield S-300). 4.364 toneladas de peso, longitud: 100 m (aprox.), diámetro exterior: 15,20 m, empuje: 316.000 kN, rendimiento máximo: 36 m/día y una potencia de 22.000 kW

Las tuneladoras EPB (en inglés, Earth Preasure Balance),  son escudos de presión de tierras que se utilizan normalmente en la excavación de terrenos cohesivos. Pertenecen al grupo de tuneladoras que denominamos escudos, que se diferencian de los topos por la carcasa metálica exterior que sostiene provisionalmente el frente de avance hasta que se coloca el sostenimiento definitivo. Los escudos EPB han sido utilizados con éxito en la construcción de túneles, aunque también pueden emplearse con la técnica de hinca de tubos. Como ventajas se encuentran sus elevados rendimientos, trabajando incluso bajo el nivel freático, su versatilidad y respeto medioambiental, aunque requieren de una elevada inversión económica.

El sostenimiento del frente Continue reading “Tuneladoras EPB: Escudos de presión de tierras”

Cargadoras LHD para obras subterráneas

 

Scooptram ST1030LP

Las labores de extracción de material en obras subterráneas y túneles no es una tarea sencilla. Al poco espacio de maniobra hay que añadir los problemas derivados de la ventilación de espacios cerrados y problemas de seguridad y salud que afectan a los trabajadores.

Este tipo de cargadoras se desarrollan para las más duras aplicaciones subterráneas, con objetivos orientados a economizar la producción, incrementar la seguridad y fiabilidad.  Este equipo de cargador LHD (load haul dump) es especialmente adecuado para trabajar debajo de condiciones difíciles, como estrechos, de baja altura y lugares de trabajo con lodo.

En este sentido, las cargadoras LHD, Continue reading “Cargadoras LHD para obras subterráneas”

Construcción de túneles por el método alemán

El Método Alemán de construcción de túneles se emplea cuando el terreno es muy malo o bien las luces del propio túnel son grandes, por encima de 8 m. Se utiliza mucho en estaciones subterráneas donde los andenes y la plataforma suman un ancho muy importante para utilizar métodos de excavación convencionales. En estos casos, es peligroso descalzar parte de la bóveda para ejecutar los hastiales, tal y como propone el Método Clásico o Belga.

El Método Alemán cambia las fases de ejecución del Método Belga. El orden de excavación suele ser el siguiente: (1) hastiales, (2) bóveda, (3) destroza, (4) solera. Para ejecutar los hastiales, se avanzan con dos galerías paralelas que se rellenan posteriormente de hormigón. Una vez terminados los hastiales, se puede ejecutar la bóveda, de forma que el anillo de bóveda apoya sobre los estribos hormigonados. La destroza y la solera se realiza después, siguiendo el proceso habitual del Método Clásico.

En esta animación pueden verse las sucesivas fases:

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El túnel de San Gotardo en los Alpes suizos

Sitio de la construcción cerca de Bodio. Wikipedia

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

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

Datos relevantes:

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

 

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

Construcción del pozo de ataque para estación en Línea 5 del Metro de Riad

Parte española del proyecto. Infografía: El País

El Metro de Riad es un sistema de transporte rápido actualmente en construcción en la capital de Arabia Saudí, formando parte del denominado Proyecto de Transporte Público de Riad (RPTP, por sus siglas en inglés). Su realización servirá para acompañar a una reestructuración del transporte público de la ciudad, que lo convertirá en la columna vertebral del mismo. Comprende la construcción de un metro, un sistema de autobuses, así como infraestructuras y otros servicios asociados en la ciudad, convirtiéndose en el proyecto de transporte público más grande del país. El metro constará de seis líneas, para un total de 175 km, dando servicio al centro de la ciudad, al aeropuerto y al distrito financiero.

A continuación os dejo un vídeo realizado por la empresa PROIN3D donde se explica en detalle cómo será la propuesta para el pozo de ataque central y su proceso constructivo para la estación 5B3 de la línea 5. Esta línea corre bajo tierra en un túnel excavado a lo largo de King Abdulaziz Street, entre el rey Abdulaziz Centro Histórico y la Base Aérea Riyadh, antes de conectar con el rey Abdullah Road. La longitud de la línea es de aproximadamente 12.9 km (8,0 millas) y cuenta con 10 estaciones, además de 2 estaciones de transferencia con las líneas 1 y 2.

Microtúneles e hinca de tuberías

La excavación con microtuneladoras (microtunnelling) y la hinca de tuberías (pipe jacking) surgen de la necesidad de llevar a cabo el tendido de tuberías sin la excavación de zanja (trenchless) o ejecución “sin trinchera”). El método consiste en empujar la tubería desde un pozo e ir hincándola en el terreno a la vez que un elemento excavador por delante de ella va abriendo el hueco aprovechando el empuje transmitido por dicha tubería. Este método se emplea para diámetros superiores a 500 mm, aunque puede llegarse a diámetros de 1200 a 4000 mm. Se denominan microtúneles porque éstos se realizan sin la presencia de operarios dentro de la perforación, controlándose la perforadora de forma remota.

Microtúneles

El hincado de tuberías de hormigón armado con microtuneladoras es el sistema más empleado. Consta de las siguientes partes principales:

  • Pozo de ataque: debe disponer espacio suficiente para alojar los componentes de la hinca y proteger la zona de trabajo. Su pared posterior ha de ser capaz de resistir los empujes previstos para colocar la tubería.
  • Cabeza perforadora o microtuneladora: formada básicamente por el cabezal de ataque donde van colocados los grupos eléctricos, oleohidráulico y compresor así como los depósitos de aire y combustible y las distintas coronas de corte dependiendo de los terrenos a perforar. La tuneladora avanza asistida por un láser de guiado y los cilindros de orientación, que garantizan la correcta alineación y dirección de la hinca. Los desechos de la excavación se sacan por medio de una banda transportadora hacia el pozo de ataque. Una bomba de inyección de bentonita permite la lubricación de los tubos y favorece el transporte del material de desecho.
  • Elemento de empuje: formado por un sistema de cilindros hidráulicos en número adecuado al diámetro de los tubos que, a través de una corona para repartir esfuerzos, empuja sobre los tubos para introducirlos en la perforación. Dado que los cilindros hidráulicos tienen un recorrido limitado, se colocan unos postizos a medida que el tubo va introduciéndose con el fin de no parar el avance. Cuando la tubería hincada es de una longitud superior a 100 m, se hace necesario la utilización de estaciones intermedias de empuje. Estas constan de un sistema de cilindros hidráulicos de carrera corta, cuyo empuje actúa alternándose con el de la estación principal. La longitud de una perforación viene condicionada por la máxima presión que pueden desarrollar los cilindros y, por otra parte, por la resistencia que ofrece la compresión longitudinal de la tubería.

En el primer vídeo que os muestro vamos a ver una hinca de tubería, y en los otros dos, microtúneles propiamente dichos. Espero que os gusten. Por cierto, en Youtube podéis activar en algunos casos subtítulos si queréis.

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