Revista Dräger 6: Arterias vitales bajo tierra

Hong Kong (China): En las horas punta, el tráfico cruza rápidamente el túnel Cross Harbour. Es una de las vías de más tráfico en todo el mundo y conecta Kowloon con la isla de Hong Kong (al fondo)
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Co n st ru CCi ó n de t ú n e les Enfo q u E
Arterias vitales b ajo tierra
las obras de construcción de túneles son lugares extremos y su
seguridad requiere SoLuCIonES CoMPLEJAS. incluso el uso posterior
de los sistemas subterráneos de tráfico e infraestructuras es exigente.
D
ebajo del centro de la ciudad,
máquinas gigantescas se abren
camino por el lodo y la creta de
Londres: desde la primavera de 2012, la
primera de las ocho tuneladoras del fabricante alemán Herrenknecht comienza
a perforar un total de 40 kilómetros de
túneles ferroviarios bajo la capital británica. Son el núcleo principal del proyecto
Crossrail, destinado a canalizar el tráfico
ferroviario de larga distancia por debajo de
Londres en el futuro. Es una tarea colosal,
y actualmente la mayor obra de Europa.
Foto : Corbis
Crecimiento rápido
revista dräger 6 | 2 / 2012
A la misma escala gigantesca, se están
construyendo muchos nuevos túneles
por todo el mundo, porque el futuro de la
infraestructura de transportes se encuentra bajo tierra: las vías rápidas para trenes de largo recorrido y las autovías necesitan túneles, y los sistemas de transporte
eficientes no pueden seguir ampliándose en las grandes áreas urbanas sin vías
subterráneas. Al transporte de personas
en sí, se suman redes para datos, energía
y agua, así como el alcantarillado.
Los túneles son las arterias vitales de
las metrópolis creando redes cada vez más
densas bajo el suelo: ya hay varios centenares de kilómetros de túneles nuevos en
construcción o en fase de proyecto. «Las
prioridades se encuentran principalmente Europa y Asia», comenta el ingeniero
Roland Leucker, director de la Asociación
para el Estudio de Sistemas de Tráfico
Subterráneos (STUVA, por sus siglas en
alemán) de Colonia. «Especialmente en
las megaciudades con muchos millones
de habitantes, la demanda de túneles para
el transporte público urbano es enorme».
Pero los túneles de carretera y ferroviarios
necesitan dimensiones cada vez mayores.
No solo el número de túneles aumenta, también su longitud. Un ejemplo es el
túnel del paso del Brennero de 55 kilómetros, cuya construcción comenzará pronto.
Este puerto es la conexión más importante
y más frecuentada entre el norte y el sur de
los Alpes. Unos dos millones de camiones
y doce millones de turismos cruzan este
punto cada año. El túnel base proyectado, exclusivamente ferroviario, supondrá
una descongestión importante y transcurrirá entre Innsbruck (Austria) y Fortezza (Italia) bajo tierra. Desde el año 2007,
se están construyendo galerías de sondeo
y el túnel principal se excavará a partir de
2013. La conclusión del proyecto, con un
coste total de unos ocho mil millones de
euros, está prevista para el 2022.
necesidad de conceptos de rescate
También los diámetros son cada vez mayores: el túnel Changjiang Under River, inaugurado en 2009 en Shanghái, consiste en
dos tubos de más de 15 metros de diámetro cada uno. Hay espacio suficiente para
una autovía de tres carriles y una línea de
metro por debajo. Con proyectos cada vez
más ambiciosos, los requisitos de seguridad también crecen, durante la construcción y más tarde en servicio. Mejorar
la seguridad en la construcción de túneles es una postura defendida también por
In-Mo Lee, presidente de la Asociación
Internacional de Túneles y Espacios Subterráneos (ITA) en el marco del Congreso
Mundial de Túneles de 2011 en Helsinki:
«Hay que desarrollar tecnologías para >
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En foq uE Const ruCCió n de tún e l es
Foto : süddeutsChe Zeitung Photo / ssPl/sCienCe MuseuM
En la construcción de túneles y la minería se usan técnicas y herramientas similares
Inaugurado en 1908: el túnel de Rotherhithe recorre Londres por debajo del Támesis en 1.481 metros
> poder proteger y rescatar personas con
efectividad en caso de un siniestro, espe­
cialmente de incendio», opina en una
entrevista con la revista especializada
tunnels et espace souterrain. Se refiere
especialmente a túneles muy largos, cuyo
número va en constante aumento.
Condiciones similares a una mina
El concepto de seguridad en la construc­
ción y el servicio de túneles es complejo y
difícil de definir. Esto se refleja en la infi­
nidad de normas y disposiciones pertinen­
tes. Debido a las condiciones extraordina­
rias en la obra y en el túnel terminado,
reúnen aspectos de la seguridad laboral
y la prevención de accidentes con la pre­
vención de incendios, el aseguramiento
de vías de emergencia y otros aspectos.
Particularmente en las fases de avan­
ce y construcción, hay bastantes similitu­
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des con la minería de la que la ingenie­
ría de túneles recibe siempre impulsos
importantes. La similitud entre estas dos
formas de excavación subterránea es una
constante que existe desde que, hace más
de 3.000 años, se construyeron los pri­
meros túneles de riego. «Los trabajos y
las herramientas de excavación fueron
casi idénticas en la minería y la construc­
ción de túneles durante mucho tiempo»,
confirma Dirk Bühler, ingeniero y exper­
to en túneles del Deutsches Museum de
Múnich. «Pero por las necesidades del
tráfico los túneles siempre tuvieron
diferentes requisitos de inclinación, diá­
metro y propiedades de las superficies».
«También en las tecnologías de segu­
ridad hay analogías entre la minería y la
construcción de túneles», añade Werner
Ochse, experto en túneles de Dräger.
La gran experiencia de la empresa de
Lübeck en el rescate minero es la base de
la actual gama de aplicaciones de seguri­
dad para la construcción de túneles que
presenta la empresa.
En el Deutsches Museum de Múnich,
se puede visitar, de forma permanente,
una recreación de las obras de construc­
ción del túnel de Simplon que da una bue­
na idea de la seguridad de los trabajado­
res en siglos pasados. El primer tubo de
este túnel de casi 20 kilómetros se exca­
vó entre 1898 y 1912 conectando Italia
y Suiza. La masiva estructura de made­
ra deja espacio suficiente para un tren
minero en la mitad inferior de su sección.
Por encima, los pilares hechos de tron­
cos poco trabajados crean un entramado
estrecho y claustrofóbico. Imaginándonos
la iluminación pobre y el calor, nos
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Las cámaras de refugio y rescate garantizan una protección autó­
noma contra gases tóxicos durante horas
podemos hacer una idea de las condiciones en las que se hicieron los primeros
grandes túneles de tráfico.
Calado: el 23 de marzo de 2011, la tuneladora Heidi establece la última conexión del tubo oeste del túnel de base del Gotardo. Se abrirá al público en 2016
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Fotos: Keystone sChweiz/laiF; drägerwerK ag & Co. Kgaa (2)
Riesgos invariables en la obra
Las condiciones cambiaron considerablemente gracias a la luz eléctrica, ventilación más eficiente, pero sobre todo las
herramientas modernas para la excavación de túneles. La construcción de túneles se ha transformado significativamente
por la utilización de grandes tuneladoras,
que parecen fábricas subterráneas desde el
escudo de perforación hasta el sistema de
instalación del tubo. «En Alemania, sobre
todo los túneles ferroviarios se excavan
con escudos», cuenta Roland Leucker. En
los túneles de carretera se suele optar por
la excavación minera debido a la necesidad de perfiles flexibles. También la construcción a cielo abierto sigue conservando cierta importancia: en un 20% de los
túneles que se construyen actualmente en
Alemania se aplica este método.
Los riesgos fundamentales de la construcción de túneles siguen siendo los mismos. El tramo excavado debe protegerse
sobre todo contra factores geológicos como
la presión de la roca o la filtración de agua.
Además, hay que proteger a los trabajadores contra los efectos de las explosiones,
perforaciones, el tráfico y la construcción
de la estructura portante, así como eventuales incendios y sus consecuencias. A
esto hay que añadir los riesgos específicos
de un lugar de difícil acceso bajo tierra
que depende de la ventilación externa y la
alimentación eléctrica.
En la era temprana de la construcción
de túneles moderna el aspecto más crítico >
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«sobresaliente»: el Club de Automovilistas alemán ADAC galardona el concepto de seguridad del túnel Richard strauss en Múnich
Trabajando bajo presión
Hoy día, la excavación por escudo con
empleo de líquidos ha reducido los tra­
bajos manuales en condiciones hiperbá­
ricas. Incluso el recambio de las herra­
mientas en las ruedas de corte de las
tuneladoras modernas se puede realizar
a presión atmosférica. Esta tecnología se
empleó por primera vez en la rueda de
corte de la tuneladora Trude de Herren­
knecht con la que se excavó el cuarto tubo
del nuevo túnel bajo el Elba en Hambur­
go. Pero a nivel internacional los trabajos
en condiciones hiperbáricas siguen sien­
do un tema importante.
Entre las soluciones técnicas que
aumentaron el nivel de seguridad en las
obras de túneles, especialmente en los
últimos años en todo el mundo, están las
cámaras de refugio y rescate. Los con­
tenedores son resistentes a la presión y
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estancos, incluyen el suministro de oxí­
geno y energía independiente del entor­
no, así como opciones de comunicación
con el exterior. Las ocho tuneladoras
de Herrenknecht para el megaproyecto
Crossrail están equipadas con cámaras
de refugio de Dräger. «En vista del gran
número de túneles que se excavan con
escudos en todo el mundo, esta tecnolo­
gía tiene un potencial enorme», dice Wer­
ner Ochse de Dräger.
Debe desarrollarse desde el inicio del
proyecto un concepto de seguridad con­
cluyente, tanto para la construcción de
un nuevo túnel como para la mejora de
sistemas existentes, sobre la base de una
evaluación de riesgos específica, como
postula Peter Medek, ingeniero de Ventas
de Dräger. Medek conoce todos los deta­
lles de estos procesos, dado que, con la
enorme gama de más de 60 productos y
diversos servicios, Dräger se ha converti­
do en un proveedor global en este sector.
«Ya en la fase inicial de las medidas de
construcción y saneamiento, nos involu­
cramos para poder ofrecer todos los ser­
vicios necesarios», explica Medek. Entre
ellos figuran el asesoramiento en el desa­
rrollo del concepto de seguridad, la ins­
trucción del personal y la formación de los
equipos de rescate, así como el suministro
de contenedores de rescate y de equipo de
protección individual y un sistema de ges­
tión de alquileres para una gran gama de
equipos de seguridad. Entre los servicios
está asegurar el funcionamiento de los
equipos de protección respiratoria para
los cuerpos de bomberos que asuman la
protección contra incendios en un túnel.
Para las situaciones típicas con tiempos
de servicios muy extensos, Dräger ofrece
equipos de protección respiratoria de cir­
cuito cerrado (p. ej., Dräger PSS BG 4 plus)
con una autonomía de hasta cuatro horas.
Conceptos de seguridad de varios niveles
Las medidas para combatir incendios se
refieren tanto a la fase de construcción
como a la de servicio. Pero cuando el túnel
está en servicio, su seguridad requiere
otras medidas que durante la excavación
y construcción. Después de inaugurarse,
el túnel es frecuentado por muchas per­
sonas. Y en caso de un accidente o incen­
dio todas deberán ser guiadas a lugares
seguros. Las diferencias entre los medios
de transporte se hacen mucho más paten­
tes que durante la fase de construcción:
las condiciones en un túnel para peatones
son completamente diferentes a las de un
túnel de carretera o ferroviario.
Los túneles más largos del mundo son
los ferroviarios. Para estos se han imple­
mentado conceptos de seguridad diversos.
La compañía ferroviaria alemana, Deut­
sche Bahn, desarrolló un concepto de segu­
ridad de varios niveles. «El primer nivel
consiste en medidas de prevención en las
que se basan acciones para minimizar inci­
dentes», explica Klaus­Jürgen Bieger, direc­
tor de seguridad y responsable de protec­
ción antiincendios del grupo Deutsche
Bahn. Luego siguen el rescate, propio y
ajeno. Para evitar accidentes e incendios,
se prohíbe el cruce de trenes de pasajeros
con los de mercancías en túneles largos en
vías de alta velocidad. Además, las locomo­
toras de trenes de pasajeros que se matricu­
len en Alemania deben cumplir las normas >
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Fotos: ddp images/ap; dpa piCture-allianCe/tobias Hase, robert Haas
> era el trabajo en condiciones hiperbáricas,
puesto que si la descompresión no se hacía
bien, los trabajadores podían sufrir el sín­
drome de Caisson, comparable al síndro­
me de los buzos. Un hito en la prevención
de esta enfermedad fue la contratación de
la pareja de médicos Arthur y Olga Ade­
le Bornstein para las obras del túnel por
debajo del río Elba en St. Pauli (Hambur­
go). «De 1909 a 1910, los doctores Born­
stein controlaron por primera vez en una
obra con condiciones hiperbáricas o de
Caisson al personal que trabajaba en ella
y combatieron los síndromes de forma
sistemática aplicando métodos que ellos
mismos fueron perfeccionando», explica
Dr. Jürgen Bönig del Museo del Trabajo
en Hamburgo.
Co n st ru CCi ó n de t ú n e les Enfo q u E
Las cámaras de refugio y rescate aumentan el nivel de seguridad
En el túnel de sierre (suiza): después de un accidente, en marzo de 2012, los helicópteros de rescate aterrizan en la boca del túnel
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En foq uE Const ruCCió n de tún e l es
Varios niveles: primero las medidas preventivas, l uego el rescate propio y ajeno
> de protección antiincendios de la Oficina
Federal Ferroviaria que se basan en la norma DIN 5510, complementada por el esbozo de la norma DIN CEN/TS 45545-1 sin
publicar. Si aún así se produjera un incendio a bordo, hay más medidas como la desactivación del freno de emergencia para
que el tren no pare hasta salir del túnel.
Si a pesar de toda la prevención se produjera un incidente crítico en el túnel,
los pasajeros pueden ponerse a salvo ellos
mismos o ser rescatados de la zona peligrosa por los bomberos. Las medidas constructivas como vías de escape aseguradas,
iluminadas y señalizadas, salidas de emergencia y teléfonos de emergencia completan el concepto de seguridad. En túneles
nuevos, estas medidas se complementan
con tuberías de agua integradas para la
extinción, incluido depósito, alimentación
eléctrica e infraestructura de radio.
Rápidos trenes de rescate
Mientras que los accesos a las bocas de
los túneles y los espacios de rescate están
hechos para vehículos por carretera, los
vehículos de dos vías y los trenes de rescate conforman un equipo de rescate muy
especial. En Alemania, hay estacionados
seis trenes de rescate en los tramos de alta
velocidad entre Hanóver y Wurzburgo, y
entre Mannheim y Stuttgart. La compañía ferroviaria suiza (SBB) dispone de 15
trenes de extinción y rescate en total. En
2006, la SBB emitió un pedido de ocho trenes nuevos que fueron construidos por un
consorcio en el que Dräger era responsable de la tecnología de seguridad. Los trenes circulan hasta a 100 km/h y consisten
en un vehículo de rescate y uno de extin-
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Seguridad en el Eurotúnel: test de un sistema de extinción a alta presión – a la derecha: la puerta a uno de los pasillos que conectan los dos túneles principales con los de servicio y rescate intermedios
ción con motor propio, así como un depósito de extinción en medio. La sala de emergencia puede evacuar hasta 60 personas.
«La evacuación de túneles de carretera en caso de incendio representan un
problema especial, dado que las personas
tienden a considerar su vehículo como el
espacio más seguro en el túnel», dice el
catedrático Dr. Berthold Färber que dirige el Instituto de Ciencias Laborales de la
Universidad del Ejército en Múnich. «El
coche es un espacio de protección subjetivo», explica el psicólogo, «pero el tiempo para escapar de un incendio en un
túnel suele ser de muy pocos minutos.
Un camión en llamas produce considera-
bles emisiones de sustancias tóxicas». En
un proyecto de investigación por encargo del Instituto Federal de Carreteras los
expertos en ciencias laborales han probado varias medidas para guiar a las personas desde su vehículo hasta la salida de
emergencia de una forma rápida y segura.
Se probaron tanto medidas psicoacústicas
como innovadoras tecnologías de señalización. Según el profesor Färber, ha probado su eficiencia como señal de alarma
de efecto subliminal un tono de frecuencia bajo, mientras que el canto de pájaros, con un ruido blanco de fondo, indica
el camino hacia la salida de emergencia.
Los investigadores marcaron las vías de >
operación: fogTec practica la extinción con agua nebulizada en condiciones realistas
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Foto : FogteC; dpa piCture-allianCe/gareth Fuller, pierre le Masson
C
ombatir incendios con agua nebulizada
el proyecto safety of life in tunnels 2 (solit2) investiga de 2009 a 2012 las instalaciones técnicas para la prevención de incendios en túneles. en el marco del proyecto
fomentado por el Ministerio Federal de economía y tecnología se realizaron más
de 30 ensayos de grandes incendios en el verano de 2011 para probar la eficiencia de
sistemas de extinción de incendios con agua nebulizada en combinación con la ventilación de incendios en túneles de carretera. los ensayos se llevaron a cabo en el túnel
experimental de san pedro de anes. en este marco se recrearon incendios con sustancias líquidas y sólidas con cargas de fuego de hasta 100 megavatios.
en la conferencia de la stuva 2011 en Berlín, los ingenieros roland leucker (gerente
de la asociación de investigación de instalaciones de tráfico subterráneas, stuva) y
stefan Kratzmeir (gerente de iFaB, ingenieros para la investigación aplicada de protección
contra incendios) concluyeron que el proyecto había sido un éxito. el uso de sistemas
de nebulización de agua puede tener un efecto positivo sobre los incendios de sustancias
líquidas y sólidas en un túnel, dado que las minúsculas gotas de agua esparcidas enfrían
la materia ardiente y el entorno, y además disminuyen el nivel de humo. además, el agua
nebulizada reduce el riesgo de que las llamas pasen a los vehículos. «en general, es
importante», escriben los dos expertos en la revista especializada tunnel (edición 8/2011),
«activar la instalación cuanto antes para aprovechar el efecto positivo de la refrigeración».
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Un sonido de baja frecuencia ha probado
ser efectivo como alarma subliminal
Sistema
de túneles
Portal
Bodio
Estación
multifunción
Sedrun
> salida con luces intermitentes, las puertas de escape se identifican mediante un
pulso láser que cruza el túnel.
Pozo I
12.000 cabezales de aspersión
Estación de
emergencia
Pozo II
Estación
multifunción
Portal
Erstfeld
Estación de
emergencia
Galería
de cableado
Galería
de acceso
Salida de aire
Estación de
emergencia
También la prevención técnica de incendios juega un papel importante en la seguridad de un túnel. Empezando por los
túneles para peatones y grandes construcciones subterráneas frecuentadas por un
gran número de pasajeros. Así, en febrero de 2012, el municipio de Múnich recibió de la Asociación Federal de Ingeniería
de Protección contra Incendios el distin-
tivo Sprinkler Protected por la protección
antiincendios en el complejo de Stachus.
El motivo fue el saneamiento de las instalaciones, uno de los mayores edificios subterráneos de Europa con unos ocho kilómetros de vías de escape subterráneas. En
el marco de la reforma se modernizó el
sistema de protección antiincendios y se
instalaron 12.000 cabezales aspersores.
Los responsables de los túneles de
Dartford y de Tyne, que forman parte de
las autovías M25 y M9 en Gran Bretaña,
optaron por un sistema de protección contra incendios diferente. Los túneles de
3000
Un reto geológico: en la
excavación del túnel de base
del Gotardo había que
perforar toda una serie de rocas
diferentes. Un proyecto muy
exigente para los ingenieros, en
el que hubo que combinar
la excavación mecánica y por
voladura, entre otros métodos
2000
Calado final el
15.10.2010
Sedrun
1000
ción
ultifun
Estación m
Sedrun
rte
Boca no
Erstfeld
Tubo es
de
Galería
Amsteg
acceso
Tubo oe
te
13,7 km
8,7 km
ste
11,3 km
0
7,7 km
16
REVISTA DRÄGER 6 | 2 / 2012
ENFO Q U E
FOTO : CROSSRAIL LTD
CO N ST RU CC I Ó N DE T Ú N E LES
Vista de las obras de los túneles Crossrail en Londres. Forman parte
de una red de 21 kilómetros que unirá 37 estaciones en total
Métodos de construcción de túneles
Tyne están en servicio desde noviembre
de 2010, el túnel de Dartford se equipará este año con un sistema de extinción a
alta presión, con equipo del fabricante alemán Fogtec. «El agua para la extinción se
nebuliza con toberas especiales, así una
cantidad relativamente pequeña de agua
actúa contra las llamas con una superficie
extraordinariamente grande», explica el
director técnico de Fogtec, Dirk Laibach.
Excavación con escudo: Una tuneladora fresa el terreno con una
rueda de corte giratoria. La cabeza de la máquina está recubierta por un
escudo cilíndrico. Según las condiciones geológicas, el por donde se
inicia la excavación se sostiene con líquidos a alta presión o con el mismo
material arrancado. En las rocas más sólidas, el material se puede
sencillamente triturar y transportar al exterior. Inmediatamente después
de la excavación se estabiliza y se reviste el tubo.
Excavación minera: En este método, fiel a la tradición minera,
se perfora la roca para poder volarla con explosivos de forma controlada.
A continuación, los mineros excavan la roca con herramientas hidráulicas.
La forma más moderna de este método se llama nuevo método austríaco.
Falso túnel: Para la construcción de túneles muy poco por debajo
de la superficie y grandes edificios subterráneos, como estaciones de
metro, se suele emplear este método. Se excava un canal abierto,
se construye el túnel y luego se cubre con un techo. Alternativamente,
también se pueden edificar solo las paredes y el techo para luego
excavar el túnel bajo tierra.
Construcción con cajones: Los túneles por debajo de ríos o brazos
de mar se pueden construir sumergiendo una serie de cajones para
luego unirlos entre sí. Así se construyeron, por ejemplo, los tres primeros
tubos del nuevo túnel bajo el Elba en Hamburgo.
Boca sur
Bodio
15,6 km
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ILUSTRACIÓN: DIETER DUNEKA
DATOS: ALPTRANSIT GOT THARD AG, ETH ZÜRICH, WIKIPEDIA
ceso
Galería de ac
Faido
Sofisticados sistemas de extinción
La empresa instaló el mismo sistema
en el Eurotúnel que comunica Inglaterra con Francia por debajo del Canal de
La Mancha. Aquí hay cuatro estaciones
seguras a las que los trenes de transporte de camiones se desvían automáticamente cuando se detecte un incendio a
bordo. Una vez se ha determinado el foco
de incendio por los dispositivos de medición redundante, se activa el sistema de
extinción con una presión de hasta 100
bares. La niebla producida refrigera instantáneamente la superficie en llamas
y, a la vez, reduce la entrada de oxígeno.
El gerente de STUVA Roland Leucker
menciona además las medidas constructivas de protección contra incendios, como el recubrimiento interior del
túnel con hormigón mezclado con fibras
de polipropileno. En caso de incendio,
se evita así que se suelten grandes trozos de hormigón que cubren la armadura de acero. En los túneles Crossrail en
Londres ya se utilizan hormigones de
este tipo.
Peter Thomas
Informaciones sobre productos de Dräger:
www.draeger.com/6/tunel
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