Definición y Procedimientos Constructivos de Túneles a Cielo Abierto

Introducción y Definiciones

Un Túnel se trata de una vía subterránea que, por lo general, se abre de modo artificial con el objetivo de permitir la comunicación entre dos lugares.

Un Túnel a Cielo Abierto (o falso túnel) es una excavación en trinchera hasta el nivel de la base del túnel, donde se ejecuta la contrabóveda, los hastiales y la bóveda, para posteriormente recubrirlo con el terreno deseado. Se dispone de un carro interior deslizante sobre el que se coloca el encofrado interior, las armaduras y los tapes laterales. También se puede construir instalando elementos prefabricados o mediante alguna máquina diseñada a tal efecto.

Procedimientos Constructivos de Túneles a Cielo Abierto

Existen dos formas principales de realizar este procedimiento constructivo:

• Método ‘Bottom Up’ (De Abajo Hacia Arriba)

  Se excava a cielo abierto la totalidad del hueco y se construye en el interior. Puede ser de hormigón in situ, hormigón pretensado, arcos pretensados, arcos con acero corrugado y también con ladrillo. Estos son los denominados “FALSOS TÚNELES”.

• Método ‘Top Down’ (De Arriba Hacia Abajo)

  Típico en túneles construidos en el interior de las ciudades. En la superficie, se ejecutan las paredes del túnel excavando una zanja que se hormigona para formar muros pantalla o una hilera de pilotes. Cuando las paredes están terminadas, se ejecuta la losa superior, que se apoya en las paredes, excavando solo el hueco que ocupa la losa y apoyándola durante su construcción contra el terreno. Una vez se han terminado las paredes y la losa, puede reconstruirse la superficie mientras continúan los trabajos en el interior del túnel. Cuando se ha excavado hasta el nivel adecuado, se ejecuta la contrabóveda, generalmente de hormigón, que hace de suelo del túnel. Estos son los “TÚNELES ENTRE PANTALLAS O PILARES Y TABLEROS” o CUT AND COVER.

Tipología y Características de Falsos Túneles

Clasificación General de Túneles a Cielo Abierto

Los túneles a cielo abierto se clasifican según las siguientes categorías:

1. Por métodos constructivos
2. Por función
3. Por el material a excavar
4. Por sección transversal
5. Por el número de túneles

Categorías Detalladas de Túneles a Cielo Abierto

• Por Métodos Constructivos

  1. Falsos Túneles (a cielo abierto, método bottom up)
  2. Túneles entre Pantallas o Pilotes (cut & cover, método top down)
  3. Túneles Marco In Situ

• Por Función

  1. Carreteros
  2. Ferroviarios
  3. Metropolitanos
  4. Otros (hidráulicos, etc.)

• Por el Material a Excavar

  1. Túneles en suelos
  2. Túneles en roca

• Por Sección Transversal

  1. Herradura
  2. Circular
  3. Rectangular

• Por el Número de Túneles

  1. Aislado
  2. Gemelo
  3. Múltiples

Falsos Túneles (Método Bottom Up)

La técnica de Falso Túnel es un procedimiento de construcción donde:

1. Se excava desde la superficie la totalidad o parte del hueco que ocupará el túnel.
2. Se construye el túnel dentro del espacio a cielo abierto.
3. Se cubre una vez terminado.

Requiere un sostenimiento fuerte para soportar las cargas del material que cubre el túnel.

Es una infraestructura que se construye cuando un obstáculo natural de escasa altura debe ser atravesado por una línea ferroviaria, una carretera o un paso peatonal.

Se construye porque no resulta conveniente perforar un túnel:

• Debido al escaso recubrimiento.
• Existe riesgo de que la construcción de una trinchera convencional pueda provocar desprendimientos.

En otras ocasiones, la construcción de falsos túneles se justifica en la necesidad de minimizar el impacto ambiental de la vía de comunicación.

Túneles Cut & Cover (Método Top Down)

Los Túneles entre Pantallas y Pilotes (Cut & Cover) consisten en ejecutar unas pantallas, bien con pilotes o con una hidrofresa. Tras esas pantallas laterales, se ejecuta la losa de cubrición para formar el techo del túnel. Una vez fraguado el hormigón, se puede trabajar bajo tierra, vaciando la caverna generada entre las pantallas y la losa, hasta el nivel del suelo.

La ejecución de pantallas con pilotes consiste en hacer “taladros” consecutivos, que luego son rellenados con acero y hormigón. Si se utiliza una hidrofresa, el principio es el mismo, solo que la perforación es rectangular.

Si el falso túnel se realiza a una profundidad mayor de 5 a 10 metros, es necesario ejecutar losas intermedias para garantizar la integridad de las pantallas laterales. Este método es muy seguro. Ejemplos: M30, cercanías, parte de la línea 11.

Túneles Marco In Situ

Paso por Encima (Construcción Tradicional)

Fases de construcción:

1. Replanteo.
2. Excavar hasta la cota de cimentación del marco.
3. Formar el cajeado donde irá emplazado el marco del túnel.
4. Se monta la ferralla de la zapata del marco y se hormigona.
5. Se ejecutan los hastiales del marco. Una vez desencofrados, se impermeabiliza el trasdós para evitar filtraciones.
6. Se ejecuta la losa superior, ya sea con cimbra o por medio de vigas prefabricadas, y se impermeabiliza también.
7. Una vez terminado todo el marco, se rellena el terreno donde se emplazó el marco.

Cajones Empujados (Método de Traslación)

Se realiza la estructura fuera de la plataforma de la vía o de la carretera y, posteriormente, mediante una fase de excavación y otra de traslación realizadas simultáneamente, se sitúa la estructura en su posición definitiva.

La estructura no va cimentada; está apoyada simplemente sobre el plano horizontal de deslizamiento constituido por la llamada “solera de deslizamiento“, que, hormigonada con anterioridad, crea el plano de apoyo de la mencionada estructura. La solera tiene la doble función de crear un plano de deslizamiento de la estructura y servir de encofrado para la construcción de esta.

El diseño de la sección estructural del cajón debe resultar compatible con los esfuerzos originados en el proceso de traslación y con las solicitaciones derivadas de la ausencia de cimentación en la estructura una vez completado el deslizamiento.

Para la construcción de la losa base inferior de la estructura, se requiere la interposición entre esta y la solera de deslizamiento de un material idóneo que cumpla las funciones de separación de hormigones, reduciendo el rozamiento en la traslación. Por funcionalidad y economía, se emplea una lámina de polietileno de espesor adecuado.

La parte frontal del cajón debe ofrecer la mayor resistencia posible al avance en el terreno y sujetar lateralmente el mismo, por lo que se proyecta prolongando su losa superior y los muros laterales, achaflanados a fin de constituir la denominada “cuña de penetración“.

Tiene particular importancia la estabilidad del frente de excavación para evitar el peligro de desconsolidación lateral en “V” en los muros laterales de la cuña de penetración. Podría llegarse al asentamiento de la plataforma. La experiencia sugiere dar una inclinación (achaflanado) al frontal de la cuña de penetración conforme al ángulo de rozamiento del terreno y así poder proceder en fase de avance con un frente paralelo al talud de este.

Ventajas del Método de Cajones Empujados

1. Eliminación de todos los trabajos que precisen corte de vía.
2. Eliminación de trabajos nocturnos.
3. Eliminación de toda actividad de maquinaria sobre la vía y de los cortes de catenaria correspondientes.
4. Disminución consecuente de interferencias con el tráfico ferroviario.
5. Seguridad en el paso de circulaciones, evitando situaciones en precario.
6. Eliminación de problemas de cimentación.
7. Facilidad de construcción de la estructura en espacio abierto.
8. Control total de la calidad de los materiales y de la ejecución.
9. Impermeabilidad de la estructura.
10. Acabado de paramentos en hormigón visto, sin necesidad de revestimientos posteriores.

Alternativas a los Falsos Túneles: La Trinchera Convencional

Trinchera Convencional y sus Patologías

Los materiales deben poder soportar el talud sin desprendimientos. Esto no es siempre posible y la aparición de inestabilidades dependerá del tiempo. Las inestabilidades están principalmente representadas por caída de bloques y derrumbes de los materiales eluviales y coluviales.

Un eluvión es un depósito de fragmentos de una roca, desagregados por los agentes atmosféricos (meteorización), que han permanecido in situ o muy próximos a la roca madre, lo cual lo distingue del aluvión, que ha sido arrastrado por las aguas y depositado lejos del lugar de su formación.

Normalmente, estos depósitos están sin cementar. Las inestabilidades se deben a desplomes por erosión del nivel inferior, aunque puede presentar varias zonas con muros de mampostería a modo de recalces de voladizos.

Para evitar inestabilidades en los taludes de las trincheras, hay que mejorar la estabilidad tanto local como global. Entre las medidas diseñadas se encuentran la disposición de mallas de triple torsión, geomallas, redes de cables, muros de escollera, gunitados, además de actuaciones encaminadas a la mejora del drenaje.

El túnel a cielo abierto es una alternativa a las trincheras convencionales. Aunque más caros, eliminan los problemas de inestabilidades y, además, ocultan la infraestructura con sus afecciones acústicas, medioambientales, estéticas y de peligro, permitiendo además el paso y utilización de la bóveda del túnel como vial.