TP FINAL - Grant Leonardo

DOVELAS PARA TUNELES SUBTERREÁNEOS
Autor: Leonardo Daniel Grant
Nombre de institución: Universidad Tecnológica Nacional Rosario
Legajo: 46.602
Teléfono: 341-2833186
Dirección: Zeballos 1341
E-mail: [email protected]
1.RESUMEN
El siguiente trabajo consiste en la investigación del sistema constructivo de dovelas
prefabricadas de hormigón para túneles mediante máquina tuneladora o con maquinarias
integrales (TMB). Se abordará, en primera instancia una breve introducción de túneles y
sistemas constructivos. Luego, se realizarán consideraciones en cuanto al diseño, ventajas
y desventajas respecto a los demás sistemas, método de cálculo, solicitaciones a tener en
cuenta, armaduras, construcción, juntas, colocación y maquinaria utilizada para la
conformación de un túnel mediante dovelas prefabricadas de hormigón armado.
2. GENERALIDADES TUNELES
2.1 Definición de obra subterránea
Toda construcción realizada por el hombre en el interior de la tierra con el fin de suplir
alguna de sus necesidades se denomina obra subterránea. En desarrollo de esta actividad
de ingeniería, bajo la superficie terrestre se han practicado excavaciones para extracción
de minerales, conducción de aguas, vías de comunicación, sistemas de transporte masivo,
depósitos de combustible, industrias, parqueaderos, instalaciones energéticas, botaderos
radioactivos, estadios, catedrales, refugios, hangares de aviación y otros objetivos.
Dependiendo de su destinación, las obras subterráneas se pueden construir de
diversas formas y magnitudes, destacándose como más comunes las denominadas bajo
los nombres de cámaras, pozos y túneles.
2.2 Definición de túnel
Es una obra subterránea de carácter lineal, cuyo objetivo es la comunicación de dos
puntos para realizar el transporte de personas, materiales, para dar paso al tráfico para
vehículos motorizados, ferrocarril o un canal, entre otras cosas. Normalmente es artificial.
Un túnel es una obra de ingeniería que para su construcción se requiere de técnicas,
productos equipos especiales y de análisis geológicos, geotécnicos e hidráulicos.
Un túnel que da acceso desde la superficie a una construcción subterránea se conoce
con el nombre de ventana. Los túneles destinados al paso de tuberías, cables, desagües,
abastecimiento de aguas, calefacción y ventilación se denominan galerías, al igual que los
túneles de carácter provisional, que se llaman galerías de avance.
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Profundidad: en función de la profundidad se pueden clasificar de la siguiente manera:
o
o
o
o
o
Subsuperficiales: si la cobertura no supera 50 m. En esta clasificación se
encuentran todos los túneles construidos en las áreas urbanas.
Poco profundos: si la profundidad se encuentra entre 50 y 200 m. En esta
clasificación se encuentra una inmensa cantidad de túneles cortos y medianos
construidos en montaña.
Medianamente profundos: cuando la cobertura está entre 200 y 500m. Algunos
túneles medianos y largos construidos en montaña se encuentran en este intervalo
de profundidades.
Profundos: construidos con coberturas de 500 a 1000 m
Muy Profundos: cuando las profundidades de construcción superan 1000 m.
Longitud: en función de sus longitudes se pueden clasificar de la siguiente manera:
o
o
o
o
Cortos: si la longitud no supera 500 m.
Medianos: si la longitud se encuentra en el rango de 500 a 2000 m.
Largos: cuando la longitud tiene entre 2 y 5 km.
Muy largos: si la longitud supera 5 km.
2.3 Proyecto de túnel
El diseño de un túnel no puede seguir un proceso ordinario el cual se aplica al resto
de los tipos estructuras, porque existen hechos no habituales que no se presentas en otras
especialidades de la ingeniería. Se puede destacar, en primer lugar, la complejidad del
propio elemento estructural. En el diseño del túnel el proyectista no puede emplear
libremente su imaginación para llegar a definir un conjunto de elementos estructurales , los
cuales se dimensionan con solo la influencia externa y comprobar que el apoyo o cimiento
en el terreno sea viable o no.
El terreno próximo al conducto forma parte de la estructura resistente con tanta o
más incidencia en el proyecto que los materiales que puede añadir el proyectista.
Por otra parte, el túnel es, quizás, la estructura ingenieril donde la relación diseño sistema (y proceso) constructivo tiene la mayor importancia. La aplicación de una u otra
metodología de construcción puede, no sólo aumentar los costos hasta niveles
de inviabilidad del proyecto, sino llegar a condicionar totalmente el diseño y, por tanto, el
proyecto.
Por último, además del sistema y proceso constructivos, hay otros condicionantes del
lugar o del entorno que deben de tenerse en cuenta en todo proyecto de ingeniería, para
comprobar si están relacionados entre sí, y si plantean problemas adicionales de
recurrencia.
A modo resumen, se puede decir que el proyectista de un túnel debe tener siempre
en cuenta seis grupos de temas básicos, que son:
o
o
o
El objetivo de la obra subterránea
La geometría del Proyecto: trazado y sección tipo
La geología y la geotecnia del macizo
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o
o
o
El sistema constructivo
La estructura resistente. El cálculo
Las instalaciones para la explotación. Temas varios.
Toda obra subterránea tiene un objetivo funcional, que es prioridad, pero existen,
prácticamente siempre, otros objetivos complementarios, de diversas cuestiones, que
deben contemplarse y que pueden tener importancia decisiva.
En cuanto a los objetivos funcionales, puede decirse lo siguiente:
o
El túnel suele ser una estructura singular que se integra en un macizo para formar
parte del trazado de una vía de comunicación, (ferrocarril o carretera
principalmente) de una galería o pozo de conducción hidráulica (aprovechamientos
hidroeléctricos, suministro de agua, alcantarillado, etc.), de una galería o pozo de
servicios (gas, teléfono, conductores eléctricos, etc.)
o
El objetivo de una obra subterránea es dar acceso a un punto del interior de un
macizo y desarrollar a partir de aquel una explotación minera o bien otra instalación
de tipo industrial. Las peculiaridades de las primeras son objeto específico de la
ingeniería de minas.
o
En cuanto a instalaciones de tipo industrial, distintas de la minería, pueden citarse
como más frecuentes: centrales eléctricas (hidráulicas, geotérmicas o, incluso,
nucleares), depósitos de carburantes (líquidos o gases), almacenes de alimentos,
etc.
o
Hay otro grupo de importancia creciente, que comprende los servicios comerciales,
culturales y sociales. Se trata de obras subterráneas para auditorios, palacios de
deportes, complejos comerciales urbanos, etc.
Con respecto a los objetivos complementarios o adicionales a la funcionalidad
primaria del túnel pueden ser diversa naturaleza, pudiendo decir que directa o
indirectamente corresponden en su gran mayoría a exigencias de mejora medioambiental,
ya sea a favor de la elección de la solución túnel para proteger el entorno existente, o bien
sea porque una vez decidida la solución túnel han de imponerse en su diseño y
construcción. A continuación, se puede decir las siguientes consideraciones:
a) El Impacto medioambiental del diseño (que justifican la solución túnel):
o
o
o
o
Preservar el valor medioambiental del paisaje.
Limitación de ruidos en la zona (vías de comunicación).
Reducción de los volúmenes de tierras a mover.
Reducción de los terrenos a adquirir.
b) Impacto medioambiental del proceso constructivo
o
o
o
Ruidos de la construcción.
Contaminación de napa freático.
Afección a servicios existentes; derechos de paso y ocupación temporal de
terrenos, etc.
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c) Prevención de daños físicos
o En la explotación
o En la construcción
Es por esto, que en cada caso concreto se requiere que el proyectista de la obra
subterránea reciba del cliente las necesidades concretas de ese Proyecto, en cuanto a
número y tipo de recintos, necesidades de enlace entre ellos, número y dimensiones de
equipos a alojar, recintos secundarios, instalaciones subterráneas auxiliares necesarias o
convenientes, etc.
2.4 Sistemas constructivos
La excavación de túneles ha ido evolucionando con el tiempo dando paso a nuevos
sistemas y métodos desarrollados en función de las características geomecánicas de los
materiales existentes.
Normalmente se utilizan dos sistemas, ejecución subterránea, sin afectar a la
superficie y muy condicionada por lo existente por encima y el llamado ejecución a cielo
abierto, que como su nombre indica requiere abrir el terreno desde superficie, para alojar
en su interior lo que luego será el túnel y posteriormente restituirle a su estado original. La
opción a cielo abierto económicamente es competitiva, y únicamente los condicionantes de
superficie, servicios, proximidad de edificios, etc., y plazos, determinan el sistema elegido.
Dicho esto, las posibilidades actuales de construcción de túneles se pueden reunir
en dos grupos:
(1) Cut and cover (cielo abierto)
(2) Excavación subterránea (o en "mina")
Cut and cover (excavación a cielo abierto)
Lo primero que debe considerar el proyectista de un túnel es la posibilidad de
construirlo con técnicas de los trabajos a cielo abierto. Para esto se debe evaluar lo
siguiente:
•
Deben entenderse las limitaciones a los posibles trazados (o partes del trazado)
superficiales, porque es en ellos donde los métodos cut and cover representan
alternativas viables y, probablemente, más económicas. Pueden considerarse,
como trazados superficiales los que no superan los 20 m de profundidad.
•
En resumen, hay que tantear siempre el encaje de posibles soluciones del tipo cut
and cover y sólo desecharlas totalmente ante condicionantes extremos que
obliguen claramente a la excavación subterránea, pese a su mayor coste como
sucede, a veces, en zonas urbanas.
•
Cuando por condicionantes medioambientales, o de otro tipo, no es posible la
totalidad de excavación a cielo abierto, el sistema cut and cover requiere obras de
contención previa, tales como pantallas continuas de diversa tipología u otras
estructuras con fines análogos.
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•
Las soluciones más económicas suelen ser las de tipo cut and cover, pudiendo
añadir que son las más frecuentes en el diseño de túneles urbanos o estaciones
superficiales.
Excavación subterránea (o en "mina")
Los problemas que hay que resolver previamente a su inicio es el acceso al frente,
ya que el túnel se encuentra a una profundidad determinada y habitualmente se parte de
la superficie del terreno. Por lo tanto, se requieren realizar unas rampas de ataque o
acceder desde pozos verticales, esto conduce a un incremento de los costos y tiempo que
estos trabajos previos conllevan. Otra parte común a los sistemas es la posibilidad de
realizarlos a sección completa o a media sección.
La excavación de túneles ha ido evolucionando con el tiempo dando paso a nuevos
sistemas y métodos desarrollados regionalmente en función de las características
geomecánicas de los materiales existentes. Se pueden caracterizar en función del tipo de
excavación los siguientes:
Excavados por fases: se pueden encontrar con el Nuevo Método Austriaco de
Construcción de Túneles (NATM) , el Método Alemán, y el Método Belga, en los que la
sección completa se divide en secciones más pequeñas, que se excavan y estabilizan para
dar lugar a la sección completa posteriormente.
Figura 1:Secuencia de excavaciones
Excavaciones a sección completa: los sistemas parcial o totalmente mecanizados tienen
un importante potencial de desarrollo. La proliferación de obras subterráneas en los últimos
tiempos ha permitido el desarrollo de nuevos equipos de excavación, más versátiles y
seguros. La excavación de túneles con máquinas integrales a sección completa TBM
(Tunnel Boring Machine) se divide fundamentalmente en dos grupos, en función del tipo de
material a excavar, y de las necesidades de sostenimiento. Las tuneleras se clasifican de
la siguiente manera:
o
o
o
Topos: diseñados fundamentalmente para rocas duras y medias
Escudos: empleados en rocas blandas y suelos.
Doble Escudo: capaz de trabajar con las dos tipologías de terreno anteriores.
Los escudos se pueden diferenciar en:
Escudos abiertos: con frentes estables y afluencias de agua reducidas
Escudos cerrados: para terrenos difíciles, saturados, no cohesivos, y con frentes
inestables. Asimismo, en la denominación de Escudos cerrados, se agrupan:
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o
o
Escudos mecanizados de rueda con cierre mecánico
Escudos presurizados con aire comprimido: hidroescudos, y EPB (Escudo de
balance de presiones de tierra)
2.4.1 Generalidades de excavación con maquina integrales (TMB)
Las máquinas integrales para excavación de túneles se conocen habitualmente por
las siglas T.B.M. , formadas por las iniciales de Tunnel Boring Machine, son una serie de
máquinas capaces de excavar un túnel a plena sección como se describió anteriormente y
a su vez que colaboran en la colocación de un sostenimiento provisional y la puesta en
obra del revestimiento definitivo.
Estas máquinas se dividen en dos grandes grupos que, son parecidos ,pero difieren
de forma importante según el tipo de roca o suelo que sea necesario excavar, así como de
las necesidades de sostenimiento o revestimiento que requiera cada tipo de terreno.
2.4.1.1 Topos
Por un lado, se tienen los topos, que se diseñan principalmente para poder excavar
rocas duras y medias, sin grandes necesidades de soporte inicial y, por otro lado, los
escudos, que se utilizan en su mayor parte en la excavación de rocas blandas y en suelos,
frecuentemente inestables y en ocasiones por debajo del nivel freático, en terrenos
saturados de agua que necesitan la colocación inmediata del revestimiento definitivo del
túnel.
En líneas generales, los topos, como se puede ver en la Fig. 2, constan de una
cabeza giratoria, dotada de cortadores, que se acciona mediante motores eléctricos y que
avanza en cada ciclo mediante el empuje de unos gatos que reaccionan sobre las zapatas
de los grippers, los cuales a su vez están anclados contra la pared del túnel.
Figura 2: Corte longitudinal y transversal de topadora
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Figura 3: Vista general de un topo
Figura 4: Esquema longitudinal de un TMB en plano inclinado
Limitaciones: La mayoría están ligadas a la geometría del túnel. Alguna de ellas es:
•
•
•
•
•
La sección debe ser circular y la longitud tal que permita asumir una inversión
elevada y unos gastos igualmente importantes de transporte y montaje en obra.
El radio de curvatura mínimo está alrededor de los 300 m, aunque son deseables
al menos 500 m.
La pendiente máxima debe ser tal que permita una circulación fluida de trenes y
está en un entorno máximo del 3,5 - 4%.
Otras limitaciones se refieren a la geología y la geotecnia de los terrenos a
atravesar. Así, en terrenos excesivamente blandos o con problemas de
sostenimientos podrían desaconsejar el sistema, ya que se podría encarecer
considerablemente.
Las fallas son un enemigo mortal de los topos, ya que los sostenimientos no pueden
actuar de inmediato hasta el paso de los espadines de protección y como
consecuencia de fallas en el avance , el avance se torna lento y los tiempos que
transcurren son demasiado largos, favoreciéndose el desprendimiento del terreno.
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•
La alta abrasivídad de algunas rocas, así como los contenidos elevados de sílice
pueden producir elevados desgastes en los cortadores y cangilones de la cabeza,
pudiendo llegar a invalidar la solución topo por puro problema económico.
2.4.1.2 Escudos
Por otro lado tenemos los escudos disponen también de una cabeza giratoria
igualmente accionada por motores eléctricos, pero que, en este caso, normalmente
incorpora picas o rascadores, y avanza mediante el empuje de una serie de gatos
perimetrales, que se apoyan sobre el revestimiento ya colocado, ya que el terreno blando
no permitiría reaccionar contra el mismo, pero, además, y como es necesario colocar el
revestimiento definitivo de forma inmediata, éste se puede incorporar al retraerse los gatos
después de cada ciclo de avance. Todos estos trabajos se realizan al amparo de una
coraza que da el nombre a este tipo de máquinas, tal y como se representa en la Fig. 5.
Figura 5: Corte longitudinal y transversal de un escudo
Figura 6: Escudo de rueda
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En función de las características del frente de trabajo y estabilidad del mismo , se
puede determinar la utilización de “escudos abiertos” o “escudos cerrados “ , a través de
un factor de estabilidad del suelo que se obtiene con una formula empírica según Peck.
Figura 7: Factor de inestabilidad
Escudos abiertos: Se utilizan normalmente cuando el frente del túnel es estable y las
afluencias de agua reducidas, bien por trabajarse por encima del nivel freático o bien por
ser terrenos impermeables.
Escudos cerrados: Están diseñados para trabajar en terrenos difíciles, no cohesivos y
con frecuencia bajo el nivel freático y saturados de agua, en frentes claramente inestables.
Se pueden ver las partes constituyentes de los escudos cerrados presurizados en figuras
8 y 9.
Tabla 1: Clasificación de de los escudos
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Figura 8: Corte longitudinal de hidroescudo (escudos cerrados)
Figura 9: Corte longitudinal de sistema EPB
Limitaciones: De la misma manera que en los topos, las principales limitaciones en la
mayoría de los casos se centran en la geometría del túnel, sección circular, longitud mínima
de túnel y pendiente adecuada al transporte sobre vía. Los radios de curvatura mínimos se
encuentran en el entorno de los 200 m.
2.4.1.3 Doble escudos
Son máquinas que pueden trabajar en terrenos de muy diferente naturaleza y que
presentan características conjuntas de los topos y los escudos. Sus componentes
principales son: cabeza de corte, el escudo delantero, el escudo trasero y el sistema
principal de empuje.
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Figura 10: Vista de un doble escudo
3. REVESTIMIENTO DE DOVELAS PREFABRICADAS
3.1 Generalidades
Los revestimientos de dovelas prefabricadas de hormigón armado han
experimentado en los últimos tiempos una expansión importante debido al crecimiento de
infraestructuras urbanas subterráneas excavadas con el sistema de escudos.
Las dovelas prefabricadas van unidas a los escudos, del tipo que sea, cada vez más
utilizadas para túneles largos de saneamiento, carreteras y de ferrocarriles metropolitanos.
Sin embargo, la utilización de escudos de diámetros cada vez mayores, está ampliando los
campos de aplicación de las dovelas para obras de grandes túneles que, que durante
mucho tiempo fue campo exclusivo de los revestimientos de hormigón tradicional.
Un revestimiento prefabricado se compone de una serie de anillos yuxtapuestos que,
a su vez, están formados por un número variable de dovelas. Este tipo de revestimiento se
empezó a instalar en Inglaterra a partir de los años 30, en túneles hidráulicos de pequeño
diámetro, sustituyendo a los revestimientos de fundición utilizados hasta entonces.
Figura 11: Acceso a la nueva terminal del aeropuerto de Barcelona.
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3.2 Tipos de anillos
Se pueden distinguir dos tipos de anillos, limitados en planta por planos paralelos o
no paralelos. En el primer caso, anillos rectos, se comprende fácilmente que solo pueden
ser utilizados para tramos rectos. En el segundo caso, anillos troncocónicos, se utilizan
para describir curvas. Asimismo, es posible utilizar este tipo de anillos para tramos rectos
alternando su colocación.
La conicidad de los anillos troncocónicos suele definirse en función del radio mínimo
del trazado en planta correspondiente. Los anillos están constituidos, a su vez, por
elementos llamados dovelas. El número de dovelas se determina, en cada caso, en
función, del diámetro del túnel. Generalmente se busca limitar el número de dovelas por
anillo, ya que, de esta manera, se reduce el ciclo de colocación y con esto se disminuye
los plazo ejecución.
Pero hay que tener en cuenta, que la limitación del número de dovelas producirá un
aumento del peso de las dovelas, lo cual debe ser tenido en cuenta a la hora de
dimensionar el elemento erector (brazo) del escudo. También ligado a este aspecto, está
la elección del ancho de la bóveda, que es, normalmente de 1,50 m. Sin embargo, se
pueden encontrar en el mercado anchos entre 1,00 y 1,70 m y también dicho ancho puede
variar por requerimientos de proyectos.
A modo orientativo, en secciones grandes se utilizan hasta 9 dovelas más llave,
mientras que en secciones más pequeñas pueden utilizarse 5 dovelas más llave. De todas
formas, esto no puede tomarse como una regla general, ya que, por ejemplo, en el túnel
bajo el Canal de la Mancha, de 8,7 m de diámetro se utilizaron en el lado francés 5 dovelas
más llave mientras que en el lado inglés la disposición fue 8 dovelas más llave.
En cuanto a la trabazón del anillo, se consigue mediante la colocación de un elemento
final, llamado dovela de clave que puede ser a su vez, de dos tipos:
o
o
Longitudinal, con forma de trapecio cilíndrico, si es posible introducirla
longitudinalmente
Radiales, limitada por planos convergentes en el extradós del anillo, que pueden
ser introducidas radialmente.
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Figura 12: Tipos de anillos y llaves
3.3 Colocación
Dentro de la tipología de las dovelas se pueden también distinguir dos grandes
grupos en cuanto a su colocación se refiere.
Por un lado, los anillos de dovelas que se montan al abrigo de la coraza del escudo
y que van siendo extraídas, según se produce el avance de éste, quedando, por lo tanto,
un hueco anular entre el extradós del anillo y el terreno, que debe ser rellenado mediante
inyección. Este tipo, que se adapta a cualquier clase de terreno, es, actualmente, el más
utilizado.
Por otro, los anillos que se montan fuera del abrigo del escudo y que son expandidos
contra el terreno, constituyendo los denominados revestimientos expandidos
Para su colocación, se debe asegurar que el corte del terreno sea muy regular ya
que, si existen huecos o desprendimientos, pueden producirse flexiones que dañan la
dovela. Han sido muy utilizadas en Inglaterra y, más concretamente, en la zona de Londres,
donde la arcilla típica de esta región permite un corte regular al excavar. A continuación,
se presenta un ejemplo típico de cada una, con hueco anular inyectado (Pasillo verde de
Madrid) y expandidas (Metro Toulouse)
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Figura 13: Detalle de dos tipos de secciones
A continuación, se describe el modo operativo de colocación de dovelas mediante
escudos de presión de tierra “E.P.B” (Earth Pressure Balance) que se ha utilizado para
construcción de un acceso de la nueva terminal del aeropuerto de Barcelona:
Como modo operativo de la excavación el terreno se desmonta del frente [1]
valiéndose de la herramienta de la rueda de corte en rotación, y se empuja a través de las
aberturas de la rueda de corte [2] hacia la cámara de excavación [3]. Allí el terreno se
mezcla con la tierra plastificada ahí disponible. La fuerza de los cilindros de propulsión se
transmite a través del mamparo estanco [4] a la tierra plastificada, evitando así una
penetración incontrolada del terreno del frente a la cámara de excavación.
El material excavado se transporta por medio del tornillo sinfín [6] fuera de la cámara
de excavación bajo presión, acarreándose al túnel el cual se encuentra bajo presión
atmosférica. Para que la transición del material de la salida del sinfín a la cinta
transportadora se pueda efectuar sin necesidad de utilizar una esclusa, la tierra deberá
tener una baja permeabilidad al agua, de forma que se evite una corriente a través del
tornillo sinfín.
El revestimiento del túnel, ejecutado con dovelas de hormigón armado prefabricado
[7], se monta en la zona del escudo detrás del mamparo estanco en condiciones de presión
atmosférica. El espacio que queda entre la parte exterior de la dovela y el diámetro de
excavación es inyectado continuamente con mortero mediante aberturas de inyección en
la cola del escudo [8].
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Figura 14: Esquema sistema EPB
Figura 15: Empuje de cilindros a dovelas
Figura 16: Brazo erector armando anillo y colocando dovela de llave
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Figura 17: Escudo y dovelas en posición definitiva con mortero inyectado
Los demás sistemas constructivos mediante escudos, topos y mixtos presentan
iguales características en cuanto a las colocación de las dovelas , ya que siempre se realiza
mediante un brazo erector que permite disponer adecuadamente las dovelas
prefabricadas. Las principales diferencias entre los distintos métodos constructivos estriban
en cuanto a las características del terreno natural y el trazado del túnel , como se explicó
anteriormente.
3.4 Formas de las dovelas
La configuración del anillo descrita anteriormente hace que, en general, existan tres
tipos de dovela, en cuanto al lugar que ocupan en el anillo:
o
o
o
o
Dovelas, que podrían llamarse corrientes
Dovela de solera, que puede ser igual que las otras o, más frecuentemente, llevar
incorporadas unas plataformas para la rodadura del backup del escudo y una
canaleta de desagüe.
Dovela de contrallave, que son adyacentes a la de llave y cuya forma debe de
adaptarse a la de ésta, normalmente trapezoidal
Dovela de llave, cuya finalidad se describió anteriormente.
3.5 Juntas y elementos de fijación
Al ir montando el escudo los anillos van formando una serie de juntas radiales, entre
las dovelas de un mismo anillo y circunferenciales, entre anillos.
La disposición de las juntas puede ser, a su vez, en X, si hay continuidad de las juntas
radiales en el sentido longitudinal o en T, si se gira la disposición del anillo de forma
alternada en cada colocación. Con esto se consigue una mayor rigidez longitudinal del
conjunto, si bien son más frecuentes actualmente las juntas en X.
Las juntas radiales pueden ser de la siguiente manera:
o
o
o
o
Lisas
Machihembradas
Convexa – convexa
Cóncava - convexa
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Figura 18: Juntas radiales
En cuanto a las juntas circunferenciales son, prácticamente, siempre planas ya que,
de lo contrario, sería muy difícil el montaje.
En lo que respecta a la unión entre Juntas radiales y circunferencial , se realiza
mediante tornillos de acero que se insertan en espacios que pueden ser:
o
o
o
Lisos
Curvos, para ocupar menos espacio.
Con tirafondo, de forma que se reduce el número de insertos.
Una excepción la constituyen las dovelas hexagonales que, por la particular
geometría de sus juntas radiales no precisan de tornillos. En cuanto a las dovelas
expandidas, por su filosofía de colocación, carecen también de tornillos de fijación.
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Figura 19: Tipos de tornillos de fijación en juntas circunferenciales
Una de las mayores dudas sobre la eficiencia del revestimiento de anillos de dovelas
está relacionada con el funcionamiento de las conexiones entre dovelas y entre anillos
sucesivos. Esto es debido a que una de las principales características de los túneles
dovelados es que no se pueden considerar como un anillo continuo, como consecuencia
de la existencia de las juntas entre dovelas y anillos. Por lo tanto, es necesario tener en
cuenta la influencia de éstas en el cálculo de las fuerzas internas y los desplazamientos en
el anillo. Se debe garantizar que las juntas mantengan la estanqueidad, sobre todo a largo
plazo, y que el anillo resista los empujes del suelo sin deformaciones excesivas y sin fallas
estructurales.
En los sistemas modernos de endovelado se han mejorado sustancialmente los
sellos para impermeabilizar las conexiones transversales y longitudinales, así como
también se han modificado las conexiones entre dovelas y entre anillos, de modo que la
transmisión de los esfuerzos se realiza por contacto directo entre las superficies de
hormigón, sin conexiones atornilladas adicionales. De este modo, se asegura la presencia
de fuerzas axiales importantes para asegurar la continuidad entre los distintos elementos
del revestimiento.
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Figura 20: Esquema de las partes básicas de un anillo dovelado (Blom, 2002)
Hace algunos años, las juntas que se empleaban en los túneles construidos en
México con escudo tenían una conexión mecánica mediante tornillos de acero alojados en
cajas de acero insertadas en los extremos de las dovelas. Los tornillos transmitían
tensiones y cortantes entre dovelas contiguas, dando al anillo una continuidad y una rigidez
significativa que les permitía limitar las deformaciones y distorsiones, así como posibles
corrimientos entre dovelas y entre anillos.
Actualmente, el tipo de junta que se utiliza en la práctica es el de la junta plana sin
conectores. En este tipo de juntas, los tornillos que se llegan a colocar tienen únicamente
la función de permitir el posicionamiento correcto de las dovelas durante la construcción,
pero no cumple una función estructural específica. Como se mencionó anteriormente el
comportamiento de la junta está influenciado significativamente por el esfuerzo normal N
que se presenta en la junta, la cual es debida a la presión radial impuesta por el suelo al
túnel. Las fuerzas se transmiten por el entre hormigón – hormigón en unas salientes que
abarcan poco más de la mitad de la sección de la dovela (fig. 21)
Figura 21:Junta plana típica de una dovela
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3.6 Impermeabilización
La impermeabilización de este tipo de revestimiento se realiza de la siguiente
manera:
o
En primer lugar, la colocación en las juntas de la dovela de unas bandas o tiras de
impermeabilización (impermeabilización primaria).
o
En segundo lugar, una vez colocadas las dovelas en su posición, a la inyección del
espacio que queda entre la superficie excavada y el anillo de dovelas construido
(impermeabilización secundaria).
o
Por último, mediante la construcción de un revestimiento secundario interior de
hormigón (impermeabilización terciaria).
En realidad, la inyección en el exterior de las dovelas cumple la misión de ser la
impermeabilización primaria, ya que, en la práctica, sería la primera barrera que encuentra
el agua freática en su recorrido hacia el interior del túnel, siendo la secundaria la que
proporciona las juntas.
l sistema de impermeabilización a utilizar debe basarse en un adecuado
conocimiento de las características hidrogeológicas de las diferentes zonas a atravesar por
el túnel y en una adecuada valoración económica de los posibles sistemas a emplear.
También son muy importantes tanto la función del túnel, como las particularidades
del entorno. Normalmente, estas bandas impermeabilizantes están fabricadas con cauchos
de etileno - propileno (E.P.D.M.) termopolímeros, o de policloropreno (CR), vulgarmente
conocido este compuesto bajo la denominación de neopreno, ya que éste fue el nombre
comercial del primer caucho fabricado en este compuesto a escala industrial.
Las bandas se encuentran alojadas en unos rebajes situados en las juntas, muy
próximos al exterior de la dovela, construidos para las juntas radiales y circunferenciales
de las dovelas.
El encaje de las bandas de los rebajes se hace normalmente a presión o mediante el
empleo de resinas. Las bandas funcionan fundamentalmente por la compresión que sufren
ante los esfuerzos que les transmiten los tornillos de fijación con los que se unen las
dovelas.
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Figura 22: Perfiles en juntas de estanqueidad en el túnel bajo el canal de la Mancha
Además de las juntas entre las dovelas que constituyen un anillo del revestimiento
(juntas radiales), existen las de unión entre los anillos (juntas circunferenciales), en las que
las bandas de estanqueidad también funcionan por deformación bajo presión, en este caso
la que transmiten los gatos de la tuneladora al hacer reacción en el último anillo construido.
Otro tipo de banda que se ha utilizado con gran magnitud, especialmente en Francia,
es la que se denomina como hidroexpansiva o, simplemente, expansiva. Este tipo de
material se fabrica con polímeros que expanden en presencia de agua hasta diez veces su
volumen inicial. Al igual que las bandas que funcionan por compresión, éstas se alojan
también en los rebajes de las dovelas.
3.7 Armaduras
Las dovelas al ser elementos de gran esbeltez y sometidos a esfuerzos de
manipulación, así como a las cargas del terreno, precisan de una cuantía de armadura que
les permitan soportar dichas acciones. Las armaduras que se diseñan en una dovela deben
de responder a las necesidades siguientes:
o
Armaduras de flexión: dispuestas en sentido circunferencial, y destinadas a soportar
las tracciones originales por la manipulación y almacenamiento, así como las
cargas del terreno. Se debe disponer de armadura de repartición en sentido
longitudinal.
o
Armaduras de refuerzo en juntas radiales: dispuestas para esfuerzos de
compresión elevados, este tipo de armaduras son muy necesarias en túneles
profundos, con el anillo trabajando a compresión.
o
Armaduras de refuerzo en juntas circunferenciales: dispuestas para absorber el
empuje de los gatos del escudo. Aunque normalmente son suficientes las
armaduras de borde de flexión, puede ser necesario, en los casos de máquinas con
empujes elevados, disponer los citados refuerzos.
o
Refuerzos: Dispuestas en forma de cercos en los tornillos de fijación.
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A modo de ejemplo y como orden de magnitud, las cuantías habituales oscilan entre
40 kg/m3 y 180 kg/m3.
Figura 23: Armadura de una dovela tipo
3.8 Fabricación
A continuación, se describe el proceso constructivo de las dovelas prefabricada
utilizadas en el túnel del nuevo acceso a la terminal aeroportuaria de Barcelona, la empresa
Sorigué fue la responsable de la fabricación de estas.
Dicha empresa posee la instalación de un sistema de fabricación en carrusel. Las
principales ventajas de este sistema de fabricación de dovelas son las de todo el proceso
productivo en cadena:
o
o
o
alta especialización de los operarios de fabricación
productividades elevadas
se mantienen unos niveles altos de calidad
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Figura 24: Sistema carrusel de fabricación de dovelas
Figura 25: Dovelas
La fabricación estas dovelas de hormigón prefabricado consta de diferentes fases
que se describen a continuación:
Fase 1: Montaje de las armaduras de acero de las dovelas.
Los diferentes componentes que forman las armaduras son suministrados según
despiece. Se ensamblan utilizando unos bancos de montaje que definen las posiciones de
las diferentes barras que forman la jaula armada. Todas las uniones de las barras se
realizan mediante soldadura, para garantizar la rigidez del conjunto y evitar deformaciones
durante el proceso de hormigonado.
Las armaduras deben ser revisadas dimensionalmente antes de ser introducidas en
el proceso de fabricación.
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Figura 26: Zona de montaje de armadura
Fase 2: Alimentación de la noria con armaduras.
Una vez montadas y revisadas las armaduras pasan a una noria horizontal. La noria
consta de 7 posiciones, para el posicionamiento de las diferentes tipologías de dovela que
forman el anillo del túnel. Esta noria va girando, de forma que deja en posición la dovela
que corresponda al molde en el que va a ser colocada. En cada posición se acopiarán
cinco armaduras como máximo.
Figura 27: Alimentación de noria con armaduras
Fase 3: Colocación de la armadura en molde.
Para está obra específica se dispone 5 juegos de moldes, donde cada juego
corresponde a los moldes necesarios para la fabricación de un anillo. Los diferentes moldes
se desplazan por el carrusel o cadena de montaje a los largo de unos raíles (carriles).
La primera posición del carrusel corresponde al punto en el que el molde está situado
a la altura de la noria, momento en el que se introduce la armadura en el molde. Una vez
centrada la armadura en el interior del molde, se procede al cierre del molde. Aquí se
colocan los casquillos de unión entre dovelas y anillos, y se ajusta la armadura para
mantener los recubrimientos.
La correcta colocación de las armaduras en moldes es de suma importancia, ya que se
debe asegurarse el recubrimiento libre de las armaduras de 5,5 cm, prescrito por el
proyectista.
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Figura 28: Colocación de armadura en el molde correspondiente
Fase 4: Hormigonado y vibrado.
El molde con su armadura avanza hasta la cabina de hormigonado, donde se realiza
el llenado del molde. La fabricación del hormigón se realiza en una central de hormigonado
adosada a la fábrica de dovelas, destinada exclusivamente a este uso. Dicha planta está
dotada de un sistema informático que permite la fabricación en continuo del hormigón.
El vertido del hormigón se realiza por la parte central del molde. Los moldes vienen
provistos de unos vibradores neumáticos para el garantizar el reparto homogéneo y
compactación del hormigón. El proceso de hormigonado de la dovela es continuo,
garantizando la correcta distribución del hormigón dentro del molde.
Figura 29: Cabina de hormigonado automatizada
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Fase 5: Fratasado.
En esta fase se realiza la limpieza de restos de hormigón fresco adheridos en molde
y se mejora el acabado superficial del exterior de la dovela.
Figura 30: Fratasado de dovelas
Fase 6: Curado forzado del hormigón.
Las dovelas son introducidas en un túnel de curado. En su interior, las dovelas son
sometidas a un fraguado forzado en una ambiente de elevada temperatura (entre 40 y 50
ºC) y saturado (100% de humedad). Este proceso permite obtener de forma acelerada la
resistencia mínima de desmoldeo (20 MPa), con el consiguiente mejora de las
productividades.
Figura 31: Salida del túnel de curado
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Fase 7: Desmoldeo.
Una vez salen las dovelas del túnel y comprobado que se ha alcanzado la resistencia
mínima, se procede al desmoldeo de la pieza. Esta operación se realiza mediante una
pinza de vacío.
Figura 32: Sistema automático de ventosas que transporta las dovelas hasta la volteadora
Fase 8: Volteadora y línea de evacuación.
Una vez desmoldeada, la pieza prefabricada es volteada. En la línea de evacuación
y antes de salir de fábrica, se procede a la colocación de packers y juntas de estanqueidad.
Figura 33: Colocación de juntas y packers
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Fase 9: Acopiado final, previo a la carga de camiones.
Las dovelas se acopian formando el anillo completo identificado en una zona
específica. Estos anillos ya están preparados para su expedición a obra.
Figura 34: Acopio de dovelas
3.9 Cálculo de las dovelas
A continuación, se describirán las consideraciones en cuanto al calculo de dovelas
prefabricadas según “Manual de tuéneles subterráneos” el cual se referenciará en la
bibliografía. A su vez, cabe aclarar que es una bibliografía de 1997 y se basa en la norma
europea (EUROCODIGO) , por lo tanto, el método de cálculo , elección de materiales ,
factores de seguridad ,resistencias mínimas, cuantías de armaduras debe ser tomados
como valores orientativos , ya que, en la actualidad debido a la constante implementación
de nuevas tecnologías e investigaciones , hacen que las normativas cambien y se tengan
en cuenta otras hipótesis o consideraciones en cuanto al cálculo de estos elementos.
3.9.1 Generalidades
A la hora del cálculo de una dovela hay que tener en cuenta una serie de hipótesis
de cargas que se derivan de las acciones a las que va a estar sometida la pieza, tanto
durante su manipulación y almacenaje, como una vez colocada y expuesta a las cargas
precedentes del terreno.
Antes de entrar en la comprobación estructura de la dovela, es preciso fijar un
espesor, aunque, es posible que, según los resultados obtenidos en los cálculos, deba ser
redimensionado dicho espesor.
Para esto es indispensable un buen conocimiento de las condiciones de servicio de
la dovela, con objeto de poder realizar un estudio comparativo de casos existentes
similares, que pueden proporcionar valiosas informaciones.
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3.9.2 Elección del material
En general, se utilizan hormigones y aceros de alta resistencia. Para el hormigón, puede
decirse que no es frecuente, en la actualidad, utilizar calidades inferiores al H-35, siendo
los valores más usuales los H-40 o H-50. También son raros los valores por encima de H60, que requieren una calidad de áridos que los encarece notablemente.
3.9.3 Coeficientes de seguridad
La utilización de distintos materiales, así como la aplicación de diferentes tipos de
cargas, hace que deban considerarse una serie de coeficientes de mayoración y
minoración que se recogen en la siguiente tabla:
Tabla 2: Coeficientes de seguridad
En la práctica, se pueden utilizar valores diferentes, siempre que se justifique, en
función de las características del caso que corresponda.
3.9.4 Flexibilidad del revestimiento
Para el comportamiento del anillo es importante conocer su flexibilidad con respecto
al terreno. Peck, Hendron y Mohraz recomiendan el criterio siguiente para relacionar las
flexibilidades de revestimiento y terreno:
En suelos arcillosos el revestimiento será flexible si la siguiente expresión verifica lo
siguiente:
𝐸𝐼
< 5 × 𝑞𝑢
𝑅3
Siendo:
E = Módulo de elasticidad del revestimiento
I = Momento de inercia del revestimiento por unidad de longitud
R = Radio
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Qu= Resistencia a compresión simple del suelo
Este criterio se basa en la equivalencia aproximada entre la relación anterior y un
coeficiente de flexibilidad de 10.
Esta relación tiene en cuenta, para el caso de revestimiento de dovelas
prefabricadas, que:
o
o
La rigidez de un revestimiento de dovelas es aproximadamente, la mitad del de
uno monolítico.
El momento de inercia del revestimiento de dovelas sería del orden del 60 - 80%
del de uno continuo del mismo espesor.
La relación d/R (siendo d el espesor y R el radio) de un revestimiento de dovelas
prefabricadas está en el rango del 6 al 10%. Para el menor valor (6%) los revestimientos
de dovelas son flexibles incluso en arcillas blandas. Las arenas son, generalmente, más
rígidas que las arcillas, por lo cual un revestimiento a base de dovelas prefabricadas será
siempre flexible respecto a un suelo arenoso.
3.9.5 Deformaciones
Además de lo dicho anteriormente sobre la flexibilidad del revestimiento, y
precisamente por esta característica, se deben analizar en este punto las deformaciones
que puede experimentar aquél a partir de consideraciones teóricas apoyadas en casos
prácticos.
Así, Peck (1969) propone calcular un revestimiento flexible aplicando una carga igual
al peso del recubrimiento e imponiendo, además, una deformación arbitraria dada como un
porcentaje del radio. En su método, que no se describe aquí, Peck propone una
deformación del 0,5%.
Este criterio se basa en la observación e instrumentación de numerosos túneles en
suelos blandos.
En cuanto a la deformación permitida debe indicarse como una condición de
ejecución, por lo cual dicha deformación debe ser controlada durante la construcción.
Birger Smith (1984) recomendó una serie de valores de dicha deformación para
revestimientos flexibles para diferentes tipos de suelo:
Tabla 3: Valores de deformación para revestimiento flexibles
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3.9.6 Hipótesis de calculo
Los cálculos estructurales de las dovelas se deben realizar teniendo en cuenta las
hipótesis siguientes:
o
o
o
o
o
o
Acciones del terreno.
Comprobaciones de las deformaciones.
Manejo de la dovela.
Desencofrado.
Almacenamiento de dovelas.
También deben comprobarse las tensiones en las juntas debidas a: giro de las
juntas, empuje de los gatos del escudo.
La armadura de la dovela resultará de la condición más desfavorable de los anteriores.
Sin embargo, para el caso de dovelas pertenecientes a túneles de poca profundidad,
no sometidos a cargas importantes, puede bastar con disponer cuantías de acero
correspondientes a un porcentaje del área de la dovela, según señala el EUROCODIGO 2.
Proyecto de Estructuras de Hormigón en su parte de Elementos Prefabricados:
El área efectiva de la sección transversal de las armaduras longitudinales de tracción
nunca será menor que:
0,0015. bt. d para hormigón de clase de resistencia, <= C 50/60
0,0018. bt. d para hormigón de clase de resistencia > C 50/60
donde “b”, indica la anchura media de la zona traccionada y “d” el espero de la dovela.
Es decir, para una dovela de un ancho de 1,20 m y un espesor de 0,25 m, con H-50,
el área de acero sería: 0,0015 x 120 x 25 = 4,5 cm2. .Sería necesario 6 diámetros del 10
mm ó 9 diámetros del 8 mm para cubrir la armadura.
3.9.6.1 Acciones debidas al terreno
Se plantea la necesidad de representar una estructura flexible con la particularidad
de la presencia de juntas que trabajan como rotulas plásticas que no transmiten, o lo hacen
sólo en parte, momentos flectores. Por otra parte, la estructura, dada su flexibilidad, se
acomodará a los empujes del terreno, deformándose en algunos puntos hacia la
excavación y, en otros, hacia el terreno. Además, es necesario el conocer las
deformaciones y giros relativos de las dovelas de un anillo ya que, como se ha visto, las
deformaciones son una de las condiciones que se imponen para el dimensionamiento del
anillo. En estas condiciones, en la mayoría de los casos, se deberá abordad este problema
a través de programas de cálculo de estructuras con interacción terreno - estructura.
La interacción terreno - estructura se simula obviamente mediante muelles acoplados
en los nudos considerados como apoyos y cuya constante es igual al módulo de balasto
del material multiplicado por el área de influencia de cada nudo.
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Para estimar el módulo de balasto se puede emplear la expresión de Peck, definida como:
𝑘=
2×𝐸
(1 − 𝜇) × 𝐷
Siendo:
E = Módulo de elasticidad del revestimiento
𝜇 = Coeficiente de Poisson
D = Diámetro del túnel
En cuanto a la hipótesis de carga, en la mayoría de los casos se utiliza el peso
completo del recubrimiento (Pv = y. H); en cuanto al empuje horizontal, se pueden tomar
diversos valores para K0, según la naturaleza del terreno y la presión horizontal se la
obtiene (Ph=K0.Pv) . En cuanto a las cargas debidas al agua, de naturaleza hidrostática y,
por tanto, favorables para un anillo circular, hay casos en los que se prescinde de ellas,
salvo que, por su magnitud, impongan grandes cargas de compresión en las juntas.
Con los resultados del cálculo, N y M, se arma la sección siguiendo la Norma EH-91,
tomando el caso de flexión compuesta y armadura simétrica.
3.9.6.2 Comprobación de las deformaciones
𝛿
Mediante los resultados del cálculo, se comprueba la ovalización máxima , donde
𝑅
la deformación por oralización es la que se produce en el sentido perpendicular a la
deformación radial . Dicha oralización máxima se debe comparar con los valores de la tabla
recomendada por Birger Smith, recogida anteriormente (Tabla 2).
3.9.6.3 Acciones debida al manipulación de dovelas
Durante la colocación de una dovela, para formar un anillo, ésta se maneja mediante
un elemento que toma la dovela por el punto central de la misma.
Para una dovela de peso P (t) y longitud L (m) y considerando el coeficiente de
mayoración dinámico, yd = 2,50, y el coeficiente de mayoración de cargas yt= 1,5
𝑀=
𝑃 𝐿
×
2 4
Para un ancho de dovela de 1m, tenemos que el momento de diseño será:
𝑀𝑑 = 𝑌𝑡 × 𝑌𝑑 × 𝑀
Dimensionándose a flexión simple, según la EH-91.
En el caso de que se manipulase la dovela desde dos puntos de enganche situados en
los extremos:
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𝑀𝑑 =
𝑃 × 𝐿2
8
P: Expresado en tn/m
3.9.6.4 Construcción y desencofrado
Cuando se procede al hormigonado de una dovela, éste se realiza mediante el vertido
de hormigón en los moldes metálicos posteriormente a la colocación de la jaula de
armaduras y de los insertos.
Después se realiza el curado de la misma, y una vez que termina el proceso de
curado, la resistencia mínima que debe alcanzar la dovela será de 100 kp/cm2 (10200
kg/m2).
Se procedería igual que en el caso anterior, dimensionando a flexión simple para una
resistencia del hormigón de 1.000 t/m2 (1000000 kg/m2). Lógicamente, este supuesto es
más exigente que el anterior.
3.9.6.5 Cargas de almacenamiento
Lo normal es apilar el número de dovelas que forman un anillo. Para ello, se trata de
hallar valores de "x" e "y", (fig. 35), para que no se sobrepasen los valores máximos de
momentos flectores hallados en los supuestos anteriores. Para poder apilar la cantidad de
dovelas necesarias que conforme el anillo , se deberá asegura que los tacos se encuentre
separados a una misma distancia y a su vez se debe asegurar los mismos sean
coincidentes con los siguientes para que la carga vertical pueda viajar lo más vertical
posible y no se produzcan esfuerzo de corte innecesarios , ya que al disponer los tacos
superiores como se muestra en la fig. 35, se produciría un esfuerzo de corte innecesario
debido al brazo de palanca que se produce entre ambos tacos. También se debe tener
cuidado de realizar el cálculo con la resistencia que tiene el hormigón en el momento del
almacenaje.
Figura 35: Almacenamiento
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3.10 Obras de tuéneles de revestimiento con dovelas prefabricadas
Se realizará una breve descripción de obras con dovelas prefabricada que se han
encontrado en noticias y en distintas bibliografías , solo se describirán dos ,ya que hay una
gran variedad de túneles que se han construido con este sistema.
3.10.1.1 Soterramiento del ferrocarril sarmiento (Argentina)
El Soterramiento del Ferrocarril Sarmiento en su trayecto Caballito - Moreno es un
proyecto de ingeniería que encaro el Estado Argentino en la ciudad de Buenos Aires y la
zona oeste del Gran Buenos Aires, que preveía la construcción de un túnel y vías bajo
trinchera del Ferrocarril Domingo Faustino Sarmiento a través de una extensión de 32 km.
El túnel del Sarmiento, tiene11 metros de diámetro y a una profundidad promedio de 22.
La obra se empezó a construir en 2011 y en 2019 se finalizó .
La tecnología que se empleará consiste en un equipo mecánico que excava, mediante una
cabeza giratoria de corte, un túnel de sección circular y a la vez que avanza, reviste las
paredes del túnel con anillos de hormigón armado.
La máquina, una TBM (Tunnel Boring Machine por sus siglas en inglés) fue importada
de Alemania, fue la más grande de Latinoamérica y será utilizada para la construcción del
túnel de 32 kilómetros de longitud . La tecnología que emplea la tuneladora es de última
generación, lo que permitirá realizar en forma segura y rápida tanto la excavación, como el
retiro del material y el revestimiento en hormigón del túnel en un mismo paso. La tuneladora
se ensamblo con mano de obra nacional, en el obrador de Haedo, y los componentes y
accesorios necesarios para su funcionamiento se fabricaron por empresas argentinas.
Uno de los aspectos más importantes del proyecto es la posibilidad de ir
construyendo el túnel bajo el trazado actual del tren, a unos 22 metros de profundidad de
promedio, sin interrumpir el normal funcionamiento del servicio. Esto les permitió a los 10
millones de usuarios mensuales a seguir transitando por este ferrocarril. Otro punto
importante es que se evita interferir o afectar la infraestructura de servicios públicos, tales
como agua potable, cloacas, gas o electricidad, ya que se encuentran a 8 metros bajo
tierra.
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Figura 36: Ejemplo del túnel en la estación flores
Figura 37: Colocación de dovelas
Figura 38: Cabezal de corte
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3.10.2 Acceso a aeropuerto de Barcelona (España)
El objetivo fundamental del Proyecto “Nuevo Acceso a la Nueva Terminal del
Aeropuerto de Barcelona. Red de Cercanías de Barcelona” es dotar al Aeropuerto de
Barcelona de una comunicación ferroviaria, con parada en ambas Terminales, de forma
que queden conectadas entre sí y con la red de cercanías de Barcelona.
La solución proyectada consiste en una doble vía que comienza a la salida de la
nueva Estación Intermodal de El Prat, y finaliza en la nueva Terminal Sur (T1) del
Aeropuerto de Barcelona, con una longitud total de 4.495 m, de los cuales 3.385 m estarán
soterrados (enterrados).
La tuneladora seleccionada es un escudo de presión de tierras de 10,60 m de
diámetro de excavación que, de acuerdo con el trazado previsto, deberá ser capaz de trazar
curvas en planta de 250 m de radio mínimo. Aunque el trazado del túnel de El Prat tiene
como radio mínimo 365 m, la máquina ha de ser capaz de realizar radios menores, para
tener holgura en caso de posibles desvíos.
El revestimiento del túnel está formado por dovelas de hormigón prefabricado. Estas
dovelas son de 1,6 m de longitud y 32 cm de espesor, que conformarán un anillo de tipo
universal de 7 piezas con diámetro interior de 9,60 m.
La tuneladora está compuesta por la cabeza de corte y su accionamiento, escudo
delantero, escudo de cola y erector de dovelas para la colocación del anillo de hormigón
prefabricado. Por otro lado, el resto de la máquina lo compone el back up, donde se alojan
todas las instalaciones necesarias para el funcionamiento de la máquina.
Figura 39: Anillo de dovelas
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Figura 40: Preparación de tunelera E.P.B
4. CONCLUSIÓN
El sistema de dovelas prefabricadas es un sistema que permite la construcciones de
túneles de una forma rápida ,eficiente y de calidad en relación con los sistemas de
construcción tradicional de túneles.
Este tipo de elementos prefabricados no se puede catalogar como tipificados o
normalizados , ya que sus dimensiones dependen fuertemente del proyecto del túnel ,
aunque debido a la gran cantidad de obras de tuéneles que se han realizado con este
sistema se puede partir como base de las de las dimensiones de dovelas utilizadas en
distintas obras y determinar la posibilidad de adecuarlas a nuevos proyecto de túnel según
sea su función.
La utilización de este sistema está condicionada por la geometría circular , ya que de
ser necesaria otras geometrías se dificultaría con este método constructivo . Por otra parte,
para la ejecución del sistema es necesaria la tuneladora la cual sus dimensiones se
determinan en función del diámetro del túnel proyectado y la elección de estas dependerá
de la topografía del terreno , tipo de suelo y el trazado del proyecto.
Desde el punto de vista económico se podría decir que la utilización de este sistema
requiere una alta inversión inicial , debió a la gran cantidad de obras previas que son
necesarias para el comienzo del proyecto (rampas, posos verticales,etc) , luego los costos
de fabricación de las parte de la tuneladora en caso de que de que resulte necesario un
diámetro especifico, armado , transporte ,mantenimiento de la máquina, fabricación de
dovelas y transporte de estas. Todo estos factores hacen pensar que es un sistema de alta
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inversión inicial en relación con un sistema tradicional de excavación. Aunque la
determinación de la factibilidad económica y los tiempos de ejecución en relación con los
sistemas tradicionales, no se podría determinar fácilmente debido a que se debería
comparar dos proyectos similares y con los dos métodos de construcción y aun así no seria
suficiente ya que a su vez hay factores económicos del país que generan retrasos , como
así también complicaciones del proyecto. Es por esto por lo que la factibilidad de un
proyecto de túnel depende de muchos factores y no se puede decirse con certeza la
vialidad de un sistema en relación con otro sin antes haber realizado los estudios
correspondientes que fueron descriptos en el apartado de proyecto de túnel.
Respecto al comportamiento del anillo de dovelas, se puede decir que las mayores
solicitaciones a las cuales va a estar sometida la dovela en servicio, va a ser debido a los
esfuerzos normales que producen las cargas radiales producto de la tapada del suelo por
encima del túnel , transmisión de las cargas dinámicas del transito en caso de una obra
urbana y los esfuerzos laterales que producen momentos flectores con respecto a cada
unión de las dovelas , estos esfuerzo laterales se deben a el comportamiento del suelo ya
sea elástico , dúctil o frágil . Es por esto por lo que se debe prestar atención en las uniones
de las dovelas que conforman el anillo para que trabaje solidariamente el anillo con sus
sucesivos y asegurar las unfirmodidad de las tensiones normales a lo largo del mismo. La
cantidad de armadura como la disposición de estas dependerá de lo anteriormente
mencionado y de las carga de manipulación y acopio.
5. BIBLIOGRAFIA
Proceedings:
(1) Autores (Fernando Peña, Arturo Galván Chávez y Roberto Meli1), Título del trabajo:
“Comportamiento estructural de juntas entre dovelas de concreto prefabricado para túneles”,
Nombre del congreso: Concreto y comportamiento, volumen.3 , año (2012), páginas: 17
Libros:
(2) Autores (Carcedo,J,A;Jimeno.C.L), Título del libro: “Manual de túneles y obras subterránea
s”, año (1997), páginas 1111 .
Páginas Web:
(3) www.obrasurbanas.es, Título del trabajo: “Dovelas de hormigón prefabricado para
revestimiento de túneles”, Disponible Online en: Dovelas de hormigón prefabricado para
revestimiento de túneles (obrasurbanas.es) , fecha: 11/05/2018
(4) https://upcommons.upc.edu, Título del trabajo: “Dovelas de hormigón reforzado con fibras
para el soporte de túneles y pozo verticales”, Disponible Online en: Os21_Dovelas.pdf
(upc.edu)
(5) http://barbarieenalpargatas.blogspot.com, Título del trabajo: “Comenzó el soterramiento del
sarmiento”, Disponible Online en: BARBARIE EN ALPARGATAS: Comenzó el
soterramiento del Sarmiento , fecha: 2/07/2012
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