De mis primeros años de oficio guardo grandes recuerdos,
desde aquellas risas de los operarios cuando pregunté donde estaba la burra,
apoyado en el grupo electrógeno, hasta frases como la siguiente, dicha por un
perforista:
Perforar tiene dos dificultades,
romper el material de abajo y subirlo, también tiene una putada, que el agujero
se mantenga abierto para poder seguir.
Si no recuerdo mal, el perforista estaba realizando
anclajes, pero creo que su frase es aplicable a todas las perforaciones,
incluso a los túneles. En este punto llegamos a los escudos para la
construcción de túneles.
Este artículo muestra mi visión de la evolución de los escudos en la construcción de túneles en terrenos
blandos, para ello me apoyo en tres ejemplos, separados en el tiempo casi
200 años.
Empezaré con el escudo utilizado en el
primer túnel que atravesó el río Támesis
en 1841, el segundo es el Holland Tunnel en New York realizado
en 1935 y finalmente un túnel actual realizado
en el puerto Miami (Florida) mediante la técnica EPB , espero
que os guste.
Empecemos con el primer túnel.
En 1799 se empezó el primer intento de construcción de un
túnel bajo el Támesis, fracasó, al igual que un segundo intento, lo cual sirvió
para que los técnicos de entonces llegaran a la conclusión, que la construcción del túnel era simplemente
imposible debido a la naturaleza inestable de los materiales a atravesar,
formado por arenas, gravas y arcillas con gran carga de agua.
En definitiva, como decía el perforista, la putada era el
sostenimiento, ya que el terreno lo podían arrancar y además podían sacarlo.
Pero un ingeniero francés, Marc Brunel
pensaba diferente y llegó a patentar en 1818 lo que sería el primer escudo para la perforación de túneles en terrenos blandos,
iniciándose en 1824 la construcción del túnel.
La idea de Brunel era ir hincando horizontalmente un
gran prisma hueco de unos 65
m2 mediante gatos
mecánicos construyendo, por detrás del prisma, el sostenimiento definitivo
del túnel, el cual a su vez serviría como reacción para el avance del propio
escudo.
Para proteger de derrumbamientos la zona de construcción del
sostenimiento definitivo existía un solape, a modo de protección, mediante
chapas gruesas, entre el escudo y el recubrimiento. Abajo os pongo figura,
aunque en ella no se aprecia este solape.
El frente del escudo rectangular estaba dividido en 12
columnas cada una de ellas con 3 celdas, pudiendo trabajar en cada celda dos
operarios. Cada una de las columnas podía avanzar independientemente y las
celdas estaban cerradas frontalmente con madera. Abajo os pongo figura de una
de las columnas así como una maqueta que puede verse en el Brunel Museum.
La metodología de trabajo consistía, en función de la
estabilidad del terreno a perforar, abrir más o menos celdas a la vez y excavar el frente unos centímetros, cuando una columna había sido excavada
totalmente se avanzaba ésta. El frente de cada celda estaba cerrado con
tablones de madera, de forma que en casos de terrenos muy inestables, se sacada
el tablón superior, se excavaban unos centímetros, se colocaba de nuevo el tablón
y se pasaba al tablón inferior hasta que se completaban todos los tablones de la celda. Abajo os pongo
una figura de la época.
El invento de Brunel funcionó
razonablemente bien, sobre todo porque la mayoría del túnel discurría por
material básicamente arcilloso, de forma que las entradas de agua se podían
controlar con los sistemas de bombeo de la época.
No sin pocos problemas, accidentes y muertos ( una historia
detallada la podéis ver en este artículo, El desafío de construir untúnel bajo el Támesis), el túnel se acabó en 1841, 17 años después del inicio
de los primeros trabajos.
El avance del escudo era mediante sistemas hidráulicos y en
la zona del avance se trabajaba con presiones de aire de hasta 3-4 Kg/cm2. El sostenimiento
se realizaba con piezas metálicas hasta completar un anillo en cada avance.
Abajo os pongo una sección transversal del escudo.
En la siguiente foto se aprecia la entrada del material a
través del frente del escudo
En esta foto puede verse el frente del escudo con las celdas
de ataque.
En esta foto se ve como cargaban el material detrás del frente del escudo ( zona presurizada) para sacarlo
fuera, también se puede ver el mecanismo responsable de la colocación de los tramos de sostenimiento.
Foto de la zona de acceso y salida de personal a la zona
presurizada.
Foto de la zona de acceso y salida de material a la zona
presurizada.
Las fotos anteriores y alguna más las podéis encontrar aquí.
Os dejo este muy interesante video donde podréis ver
detalles de la construcción del túnel en un video original, son 20 minutos y a veces se oye mal,
pero el documento vale la pena.
Una comparativa del
proceso constructivo del Holland Tunnel
respecto al túnel bajo el Támesis nos muestra que aunque la operativa del
escudo es muy similar, se han aplicado avances tecnológicos de gran ayuda,
destaco:
- Utilización de la técnica del aire
comprimido como elemento de estabilización del frente y control de
entrada de agua.
- Utilización de la hidráulica para el
empuje del escudo.
- Construcción del sostenimiento con ayuda de
maquinaria.
- Sostenimiento circular realizando cada anillo mediante elementos
prefabricados metálicos.
- Utilización de maquinaria para la gestión del
terreno excavado.
En este punto llegamos al último ejemplo, el cual es un túnel que actualmente se
está realizando en el puerto de Miami (Florida) y que he escogido porque me
ha sorprendido lo bien explicado y clara que es la información de su web ( aquí).
Abajo tenéis un video explicativo, podréis ver que se trata
de una TBM ( Tunnel Boring Machine) tipo EPB (Earth Pressure Balance) es decir
una tuneladora como las que han realizado la mayoría de los últimos túneles
bajo Barcelona.
Comparando el proceso
constructivo de este túnel con el Holland Tunnel se puede ver que la
operativa es muy similar salvo aspectos como los siguientes:
- La estabilización del frente se consigue mediante una cámara de presión de tierras.
- Toda la operativa es hidráulica.
- Existen sistemas de inyección enfocados a minimizar los asientos en superficie.
- La gestión del material excavado está totalmente mecanizada.
- El sostenimiento se resuelve con anillos de hormigón armado.
Llegados a este punto, pediros perdón por la longitud de
este post, pero es que el tema me ha enganchado y no he podido evitarlo, he
tenido tentaciones de dividirlo en tres partes pero creo que es más coherente
un único artículo.
Para él que le atraiga esto de la arqueología geotécnica, le
dejo otro artículo de GEOJUANJO donde hablé de los equipos de hinca.
Y si lo que os mola son los procesos constructivos de
túneles antiguos dejo este otro artículo de GEOJUANJO que hace referencia a la
construcción de los túneles en el metro de Chicago allá por 1938.
Gracias por vuestro tiempo.
juanjo
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