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Construcción de túneles: mecanismos de sostenimiento del terreno

Durante la construcción de un túnel, las actuaciones de excavación sobre el terreno producen movimientos de tierras hacia el interior, debido a la alteración del estado tensional del terreno in situ. Es por ello que los sostenimientos de tierras en la construcción de un túnel juegan un papel esencial, algunos de ellos se basan en la contención de estas mediante una barrera física, mientras que otros buscan modificar las características tensodeformacionales y resistentes del terreno. Hoy os contamos los mecanismos de sostenimiento más comunes.
 
 

Tablas, puntuales y cerchas de madera

Las tablas, puntales y cerchas se emplean como entibación provisional en los métodos tradicionales de excavación. Se trata de un sistema flexible y barato en cuanto a materiales pero que posee una alta demanda de mano de obra. El uso de estos sistemas permite excavar la sección por fases sin que se desprenda la bóveda del túnel hasta que este se finaliza por completo, momento en el que se ejecuta el sostenimiento definitivo con hormigón encofrado

El sistema de sostenimiento o entibación consiste en adosar tablas en contacto con el terreno que trasmiten los esfuerzos del terreno a unos elementos más rígidos llamados tresillones y que a su vez descansan sobre puntales, también de madera, cuya misión es apuntalar la estructura de sostenimiento. Los elementos que unen los distintos anillos se denominan longarinas, los cuales aportan rigidez al conjunto.

 

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Cerchas metálicas

Cuando las secciones a sostener son mayores el empleo de la madera queda relegado y es necesario recurrir a elementos de sostenimiento metálicos.

Las cerchas son arcos de acero que resisten en unión con otros elementos de sostenimiento, recogiendo los esfuerzos del terreno para resistir de forma conjunta. Se ponen en contacto con el terreno y apoyadas firmemente en el suelo del túnel. Para facilitar su colocación se separan en varios segmentos que una vez presentados en el interior del túnel se unen, por ejemplo en túneles grandes se dividen en tres arcos. Normalmente van separadas a distancias entre 0,5 m y 1,5 m. También se suelen añadir barras de unión entre las cerchas para dotar de mayor rigidez al conjunto.

 

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Existen cerchas de varios tipos en función de su sección transversal: tipo TH, tipo HEB y reticuladas.

 

Bulones y anclajes

El bulonado es uno de los sistemas más comunes de contención de terrenos en cualquier tipo de infraestructura. Los bulones son anclajes de barra que se alojan en el interior de un taladro perforado en la roca y que se adhieren a esta por diferentes sistemas. Trabajan de forma pasiva, esto es, entran en carga cuando se deforma el terreno. Tienen un efecto de cosido de juntas pero también de confinamiento sobre el macizo rocoso.

 

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La perforación para la colocación de bulones se ha de iniciar lo más pronto posible después de la excavación, posteriormente a la proyección de una primera capa de hormigón. El bulonado del terreno se lleva a cabo con perforación mediante barrenas. Existen diferentes mecanismo de anclaje del terreno:

  • bulones con anclaje puntual
    • por cuña
    • por cabeza de expansión
  • bulones con anclaje repartido, el cual puede ser, a su vez, de dos tipos:
    • mecánico (torsión del tubo, presión de aire, ajuste de barra)
    • químico (inyección de cemento o resina)

 

Hormigón proyectado o gunita

El hormigón proyectado, también llamado gunita, se diferencia del hormigón colocado en el sistema de puesta en obra, el tamaño máximo del árido y los acelerantes que hacen que consiga resistencias iniciales muy altas. La gunita sella rápidamente la superficie y evita la alteración y descompresión, forma un anillo de hormigón que trabaja para evitar el cierre y sujeta las cuñas.


Existen dos procedimientos de gunitado:

  • Gunitado por vía seca: el agua se añade a la mezcla de áridos y cemento en la boquilla de la manguera.
  • Gunitado por vía húmeda: la mezcla del hormigón que puede provenir de la central se vierte en una tolva y se bombea hasta la boquilla de la manguera.

 

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Fuente: tecyrsa


La puesta en obra de la gunita en túneles se efectúa de manera manual o mediante equipos automatizados -denominados robots- que consiguen rendimientos mínimos 5 m³/hora. El gunitado se usa a menudo en combinación con el bulonado.

 

El anillo de dovelas

Cuando la excavación se realiza con máquinas tuneladoras de escudo, el sostenimiento está formado por un anillo de dovelas que se montan al abrigo de la coraza del escudo mediante el encaje de unas con otras.

 

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Existe una amplia variedad de dovelas en cuanto a geometría, tipo de juntas, conexiones, etc. Las más conocidas son las de planta rectangular y clave trapezoidal. En éstas, tanto las dovelas de un mismo anillo como éstos entre sí se ensamblan mediante tornillos. Las juntas, tanto radiales como circunferenciales, suelen ser lisas con unos rebajes en los que se alojan bandas de neopreno para impermeabilización. El encaje de las bandas de impermeabilización en los rebajes se hace normalmente a presión o mediante el empleo de resinas.

Tras las operaciones de sostenimiento puede ser necesario un sostenimiento secundario definitivo, llamado revestimiento, cuya misión puede ser simplemente estética, evitar filtraciones, mejora de la ventilación, o conseguir una iluminación.

 

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Generalmente, el revestimiento se ejecuta con hormigón encofrado. El sobrecoste del revestimiento puede llegar a ser del 30% del coste de un túnel. En el caso de las tuneladoras, el propio sistema constructivo hace que el sostenimiento con anillos de dovelas sea el revestimiento definitivo.

 

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