4.06 - estudio de tuneles

Consorcio GEOCONSULT– GRIMAUX- GEODATA Cerrito 1136 – 6º piso (C1010 AAX) Buenos Aires – Rep. Argentina

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4.6 Estudio de Túneles

Corredor Bioceánico Central Estudio de Factibilidad Técnica

Económica y Financiera

Corredor Bioceánico Central – Estudio de Factibilidad Técnica Económica y Financiera Estudio de Túneles


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I N D I C E

1 INTRODUCCIÓN.............................................................................................................6

2 REFERENCIAS ............................................................................................................10

3 ALTERNATIVAS DE TRAZADO ........................................................................................13 3.1 Generalidades ...................................................................................................13 3.2 Propuesta de un Espectro Amplio de Trazados y Evaluación ...........................13 3.3 Selección de Alternativas de Trazados y Túneles de Baja Altura

para Estudio a Nivel de Factibilidad...................................................................37

4 SISTEMA DE TÚNEL DE BAJA ALTURA PROPUESTO.......................................................44 4.1 Análisis General.................................................................................................44 4.2 Reflexiones sobre la Incidencia de los Requerimientos de

Seguridad sobre la Elección del Sistema de Túnel ...........................................49 4.3 Solución de Sistema de Túnel propuesta ..........................................................53

5 ANÁLISIS GEOTÉCNICO DE TÚNELES DE BAJA ALTURA .................................................55 5.1 Generalidades ...................................................................................................55 5.2 Clasificación del Macizo en Calidades Geotécnicas..........................................55 5.3 Análisis de Situaciones de Riesgo Geotécnico e Hidrogeológico

en las Obras Subterráneas................................................................................58 5.3.1 Generalidades .................................................................................................58 5.3.2 Modalidad de Cálculo ......................................................................................59 5.3.3 Eventos de Riesgo considerados ....................................................................59 5.3.4 Clasificación y detalle de Eventos de Riesgo Particulares..............................61 5.3.5 Resultado del Análisis de Riesgos ..................................................................65

6 DESCRIPCIÓN GENERAL DE ESTRUCTURAS SUBTERRÁNEAS DEL TÚNEL DE BAJA ALTURA ........................................................................................................68 6.1 Túneles ..............................................................................................................68 6.1.1 Alternativa de Túnel de Baja Altura sobre Trazado A5 ...................................69 6.1.2 Alternativa de Túnel de Baja Altura sobre Trazado A8 ...................................71 6.1.3 Alternativa de Túnel de Baja Altura sobre Trazado A10a ...............................72 6.2 Estaciones Multifunción .....................................................................................73 6.2.1 Aspectos Generales de la Estación Multifunción ............................................74 6.2.2 Seguridad en Servicio y en Emergencia .........................................................79 6.2.3 Variante en el Diseño de la Estación Multifunción ..........................................81 6.3 Obras Particulares .............................................................................................82 6.3.1 Portales ...........................................................................................................82 6.3.2 Accesos intermedios .......................................................................................83 6.3.3 Túneles sobre trazado a cielo abierto Luján de Cuyo - Punta

de Vacas y Los Andes – Río Blanco ...............................................................84 6.3.4 Túneles en sector de alta cordillera de Alternativa A10 ..................................86

7 ASPECTOS CONSTRUCTIVOS DE TÚNELES...................................................................87



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7.1 Métodos Constructivos ......................................................................................87 7.1.1 Generalidades .................................................................................................87 7.1.2 Excavación convencional (convencional)........................................................90 7.1.3 Excavación mecanizada (con máquina tunelera, TBM o

Escudo) ...........................................................................................................91 7.2 Vida Útil del Proyecto.......................................................................................102 7.3 Diseño Estructural ...........................................................................................102 7.3.1 Sostenimiento Primario .................................................................................102 7.3.2 Revestimiento definitivo.................................................................................107 7.3.3 Diseño para Acciones Sísmicas ....................................................................112 7.4 Otros Aspectos Constructivos..........................................................................113 7.4.1 Sistema de monitoreo geotécnico .................................................................113 7.4.2 Sistema de drenaje........................................................................................115 7.4.3 Sistema de impermeabilización.....................................................................122 7.4.4 Protección Estructural contra el incendio ......................................................126 7.5 Metodología Constructiva a aplicar en cada Sector ........................................127 7.5.1 Túneles..........................................................................................................128 7.5.2 Cavernas .......................................................................................................129 7.5.3 Pozos.............................................................................................................129 7.5.4 Galerías y Nichos ..........................................................................................131 7.6 Programación de Obra.....................................................................................131

8 CÓMPUTO DE VOLÚMENES DE OBRA ..........................................................................134

9 ESTIMACIÓN DE COSTOS ...........................................................................................135 9.1 Determinación del Costo Medio y Desviación .................................................135 9.1.1 Costo de Excavación.....................................................................................135 9.1.2 Costo de Hormigón Definitivo y Terminaciones del Túnel.............................136 9.1.3 Costo de Obradores ......................................................................................136

10 CONSIDERACIONES FINALES .....................................................................................137

ANEXO 1 .......................................................................................................................138

ANEXO 2 .......................................................................................................................183

ANEXO 3 .......................................................................................................................196

ANEXO 4 .......................................................................................................................206



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SINTESIS OBJETIVOS Seguidamente se enumeran los objetivos centrales que se postularon en el desarrollo del presente Informe Final de Túneles.

• Desarrollar a nivel de factibilidad alternativas metodológico-constructivas de todas las obras subterráneas que forman parte de los túneles del proyecto, concentrándose fundamentalmente en el túnel internacional de baja altura o túnel de base, el que se convierte en una de las obras de infraestructura de mayor envergadura a lo largo del Corredor en análisis.

• Al ser el túnel de baja altura de gran longitud y estar emplazado en la parte alta de la cordillera, en dónde las condiciones climáticas y morfológicas son las más adversas para el proyecto, el estudio de trazado de las dos rampas de acceso a cielo abierto a ambos lados queda fuertemente condicionado a las condiciones de emplazamiento y de trazado del túnel de baja altura. En consecuencia, uno objetivo central del presente estudio es la propuesta de un espectro amplio de alternativas de trazado de túneles de base, de diferentes características geométricas, siempre sobre la base de las posibilidades geomorfológicas que ofrece el área de proyecto.

• Una vez efectuada la selección de los trazados de túneles de baja altura que mejor cumplen con el objetivo de optimización de las condiciones geológico-geotécnicas e hidrogeológicas, por un lado, y de condiciones de operación y seguridad ferroviaria, por el otro, resultando de este proceso la selección de 3 alternativas, el siguiente objetivo fue el desarrollo del diseño a nivel de factibilidad de todas las obras civiles subterráneas que componen estos túneles, incluyendo cavernas, galerías de acceso, obras de ventilación y de seguridad. Junto con la propuesta de estas obras subterráneas, se desarrollaron soluciones constructivas de cada una de éstas y análisis metodológicos de su construcción, efectuándose posteriormente una estimación de cantidades de obra principales, propuesta y estimación de estrategias y plazos constructivos y finalmente, estimación de costos de inversión de obra, tomando para ello valores de referencia de obras europeas similares.

• Como parte de los objetivos planteados se desarrolló también un estudio de riesgos geológico-geotécnicos e hidrogeológicos durante la construcción del túnel de base, con el que se estimó un rango de variabilidad de costos y plazos constructivos.

• Finalmente, siempre dentro de un contexto general del diseño de túneles se desarrollaron lineamientos globales para los túneles del proyecto, tal como es posible dentro del marco de un estudio a nivel de factibilidad.



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CONCLUSIONES Del análisis, efectuado, se extraen las siguientes conclusiones:

• La experiencia extraída de grandes proyectos y obras de túneles de baja altura actualmente existentes en Europa ha servido mucho para concebir la configuración de las obras subterráneas de las diferentes alternativas de túneles de base, pudiendo garantizarse de este modo, que estas obras adquieran un alto nivel de operatibilidad y seguridad.

• El Estudio de Factibilidad mismo ha resultado muy amplio en término de propuesta de alternativas de trazados, tanto para el túnel de base, como para los sectores a cielo abierto y las obras asociadas, otorgando de este modo a la presente iniciativa privada una gran gama de posibilidades de desarrollo, tanto desde el punto de vista técnico-operativo, como del financiero y de rentabilidad.

• Desde un punto de vista geológico-geotécnico e hidrogeológico, los túneles cortos y de mediana longitud emplazados en ambas rampas de acceso al túnel de base no constituyen ningún problema para el desarrollo futuro del proyecto. Con relación al túnel de baja altura mismo, las 3 alternativas analizadas en forma independiente exhiben diferentes grados de dificultad relativa con relación a las condiciones geológico-geotécnicas e hidrogeológicas durante la excavación, vale decir, diferentes niveles de riesgo en término de garantía de costos de inversión de obra y plazos de construcción. A nivel global puede concluirse, que las dos alternativas de túneles de mayor longitud, es decir, las alternativas A8 y A5 exhiben un nivel de incertidumbre en término de los citados riesgos que es aproximadamente 2 y 3 veces superior al de la alternativa de túnel más corto, es decir, la A10.

INFORMES RELACIONADOS

El desarrollo del presente informe se basa fundamentalmente en los análisis que a nivel de factibilidad se presentan en los siguientes informes específicos:

• Informe 4.2 – Criterios de Diseño

• Informe 4.5 – Geología e Hidrogeología

• Informe 4.7 – Seguridad en Túneles



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1 INTRODUCCIÓN

El presente informe final de túneles entrega los resultados de los estudios que en esta materia se desarrollaron a lo largo de la Etapa I – Estudio de Factibilidad del Proyecto Corredor Bioceánico Central.

Los antecedentes más relevantes para el desarrollo del presente área de diseño de obras subterráneas fueron los siguientes:

- Las condiciones morfológicas del área de estudio, conocidas a través de un set de fotografías aéreas y la restitución de un corredor previamente acordado, convenientemente ortocorregidas, para ser empleadas en un sistema georeferenciado;

- Las condiciones geológico-geotécnicas e hidrogeológicas del área de estudio, adquiridas por el propio Consultor a través de un trabajo de mapeo superficial desarrollado en la primera fase de la Etapa I de este proyecto y complementado con estudio de bibliografía especializada, como también con los antecedentes existentes en la materia a través del Estudio de Prefactibilidad Mejoramiento Conexión Internacional Zona Central (Chile) y la Región de Cuyo (Argentina), desarrollado en los años 1995 y 1996, los que también incluyen una caracterización de parte del área de estudio en esta materia;

- Lineamientos definidos por normas y reglamentos rectores de la actividad ferroviaria, relacionados básicamente con condiciones geométricas del trazado planialtimétrico.

Adicionalmente, en la propuesta de los sistemas de túneles, este informe se basó en la experiencia internacional que se posee en materia de diseño de túneles ferroviarios, en particular en aquellos de gran longitud, la que fue adquirida en grandes proyectos de túneles trasalpinos actualmente en etapa de diseño o construcción, tal como lo son el Túnel de Brennero, conectando las ciudades de Innsbruck, en Austria, con Verona, en Italia, y el Túnel Lyon – Torino, conectando las citadas ciudades cabecera en Francia e Italia.

El proceso de trabajo en materia de definición y diseño a nivel de Estudio de Factibilidad de las obras de construcción subterránea centrales del proyecto, consistentes en el túnel de baja altura internacional con sus obras accesorias y el resto de los túneles de menor envergadura a lo largo del trazado, fue el siguiente:

1. Análisis de las condiciones morfológicas del área de estudio y del trazado del exFerrocarril Trasandino existente, fuera de servicio;

2. Propuesta de un espectro amplio de alternativas de trazados de túneles de baja altura, tanto desde un punto de vista planimétrico –abarcando todas las posibilidades razonables de emplazamiento de portales y buscando las conexiones más cortas entre éstos-, como desde el punto de vista altimétrico, cumpliendo con valores máximos de pendiente longitudinal de la rasante y buscando un equilibrio entre el trazado planimétrico más corto y coberturas más reducidas posibles-, teniendo en vista al mismo tiempo las condiciones geológicas globales, tal como conocidas hasta ese momento, con el fin de incluir dentro del



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espectro varias opciones y tener una opción de selección entre al menos dos alternativas diferentes en términos de tipo de macizos atravesados;

3. Sobre la base del abanico de trazados antes propuesto en forma general, análisis más detallado de condiciones particulares, tal como lo es la búsqueda de los mejores sitios de emplazamiento de portales, la posibilidad de materialización de accesos intermedios de características razonables, la optimización del trazado en función de las condiciones geológico-geotécnicas, conocidas o inferidas y otros criterios de detalle, como la eventual existencia de sectores de riesgo en portales y la búsqueda de dar lugar a un enlace entre el trazado del túnel de baja altura y el trazado a cielo abierto a ambos costados, favorable desde el punto de vista de diseño geométrico;

4. Una vez esbozado el espectro amplio de túneles de baja altura, de hasta 14 alternativas diferentes, se desarrolló el primer análisis comparativo preliminar amplio entre ellas, completadas ya con el resto del trazado a cielo abierto a ambos lados del túnel de baja altura y las demás obras de infraestructura civil, ferroviaria, logística y edilicia asociadas. De esta primera comparación, efectuada en términos económicos, tanto contemplando los costos de inversión de obra, como los de operación, mantenimiento y restitución a lo largo de la vida útil, se seleccionó una cantidad limitada de 4 alternativas, sobre la base de las cuáles se continuó el desarrollo de los estudios de factibilidad más avanzados, tales como los análisis de evaluación ferroviaria y la evaluación más detallada de las obras de infraestructura civil y ferroviaria de todas las obras, tanto a cielo abierto, como subterráneas;

5. En la siguiente etapa de estudios, se continuó con la optimización de los trazados, no ya en forma global, sino con mayor grado de detalle. En lo relacionado con túneles y específicamente con los túneles de baja altura y túneles de rampa o acercamiento a aquellos, cuando necesarios, se contemplaron todas las obras civiles accesorias al túnel principal, tales como cantidad y gálibo mínimo de túneles principales, cantidad y distribución de galerías de conexión entre éstos, implementación y características geométricas y constructivas de estaciones multipropósito (para la seguridad, ventilación, logística de operación, mantenimiento y mitigación de eventos de emergencia), definición de emplazamiento y características geométricas y constructivas de galerías y pozos de acceso y/o ventilación, desarrollo preliminar de los sectores de portales (precortes, túneles falsos, etc.), como también definición de estrategias globales de métodos y secuencia constructiva de las obras subterráneas. Producto de las evaluaciones y especialmente del mayor grado de detalle de las obras mismas en términos geométricos (tipo, longitud, envergadura, etc.), hubo una nueva focalización en la selección de las alternativas de túnel de baja altura que continuarían en estudio hasta el fin de la Etapa I de Estudio de Factibilidad de este proyecto. Concretamente, una de las 4 alternativas seleccionadas al fin de la fase de evaluación anterior, se descartó por no proveer ventajas frente al conjunto restante.

6. Una vez completado el estudio a mayor nivel de detalle de las alternativas de túneles de baja altura y trazados a cielo abierto con sus obras civiles asociadas, se llevó a cabo una clasificación de las obras subterráneas, subdividiendo éstas



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en categorías dentro de tres (3) ámbitos de análisis, determinantes para la estimación de costos de construcción, siendo éstos los siguientes:

- Comportamiento geotécnico global, con 4 categorías de análisis; - Tipo y envergadura de la cavidad subterránea en cuestión, con 16 tipos

diferentes de secciones transversales; - Metodología constructiva, con dos categorías: construcción con método

convencional y mecanizada (con máquina tunelera, independientemente si ésta es una máquina abierta o un escudo);

Junto con la estimación de las cantidades de obra de cada alternativa en estudio, se efectuó una estimación preliminar de costos, basados en una estrategia de asignación de costos variables, divididos a su vez en costos que son función de las cantidades de obra por ítems globales y de costos que están asociados a la duración de los plazos parciales de ejecución de cada método de construcción específico.

Este análisis se desarrolló sobre la base de una metodología de aproximación diferente a la que se presenta en forma integral en el Informe GGG-0025 “Gastos y Plazos” del presente Estudio de Factibilidad. La intención es otorgar, complementariamente al estudio integral allí ejecutado, la confirmación de la aptitud del análisis a través de valores comparativos, objetivo que se cumplió a satisfacción.

Como parte de esta etapa, se desarrollaron propuestas de programas de construcción, teniéndose en cuenta rendimientos de avance promedio en proyectos similares.

Finalmente, dentro del análisis de costos de obras civiles subterráneas se desarrolló un análisis complementario, cuya finalidad fue la de investigar la va-riabilidad que podían sufrir los costos de inversión de obra civil frente a la ocurrencia de riesgos geotécnicos durante la construcción, todo esto por supuesto que asociado a un abanico de riesgos posibles en el área de proyecto y cuantificados preliminarmente para cada trazado. Este análisis mostró una buena concordancia con el estudio de precios desarrollado en función de las cantidades de obras estimadas y precios unitarios de máxima y de mínima por categoría, tal como antes mencionado.

A nivel global puede decirse que cualquiera de las alternativas de túnel de baja altura que resultó seleccionado es factible, cumpliendo con las premisas operativas, de funcionalidad, de mantenimiento y de seguridad requeridas para un trazado ferroviario de carga de alta capacidad, junto con la posibilidad de implementación simultánea o suplementaria de un servicio de trenes de pasajeros.

Sí existen diferencias apreciables no sólo en término de longitud total de túneles de baja altura y túneles de rampa asociados, la que varía entre los 32 y 52 km aproximadamente, sino también entre la funcionalidad y capacidad operativa de éstas, la que por supuesto es mayor para la alternativa de túnel más larga, al ser significativamente menor la pendiente longitudinal del trazado.



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Desde el punto de vista de dificultades geotécnicas pronosticadas durante la construcción de los túneles y, en parte también, durante la posterior operación, es más ventajosa la alternativa de túnel más corta, dado que no atraviesa sectores de macizo que son geológicamente desfavorables y que exhiben riesgos geotécnicos mucho más elevados que los macizos rocosos que se atravesarían con un túnel menos extenso.

El presente informe da cuenta de todas estas diferencias, entregando comentarios y recomendaciones para el subsiguiente desarrollo del diseño de las obras subterráneas a nivel de Anteproyecto.



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2 REFERENCIAS

[1] Comité de la Unión Europea – Directiva del Parlamento Europeo y del Comité de Requerimientos Mínimos de Seguridad para Túneles en la Red de Caminos Trans-Europea, Versión del 29 de Abril del 2004; (Aplicable a túneles de más de 500 m de longitud);

[2] Recomendaciones de la World Road Association PIARC - Control de Incendios y Humos en Túneles Carreteros, “Fire and Smoke Control in Road Tunnels, 1999; (aún no está disponible el informe producto de la última conferencia de la PIARC en Urban 2003; “Systems and Equipment for Fire and Smoke Control in Road Tunnels”).

[3] Recomendaciones de la World Road Association PIARC – Sistemas y Equipamiento para Control de Incendios y Humo en Túneles, “Recomendaciones de la World Road Association PIARC”, Proposed Publicacion, 22-04-2003.

[4] GUIDELINES FOR STRUCTURAL FIRE RESISTANCE FOR ROAD TUNNELS, Directivas para la Resistencia de Estructuras en Túneles Viales al Fuego, ITA (International Tunnelling Association) Mayo 2004.

[5] EFNARC – Especificación y Recomendaciones para el uso de productos especiales para la excavación mecanizada de túneles; “Specification and Guidelines for the use of specialist products for Mechanised Tunnelling (TBM) in Soft Ground and Hard Rock”, Abril 2005.

[6] Recomendación Austríaca para el diseño geotécnico de obras subterráneas de excavación cíclica (convencional) emitido por la Asociación Austríaca de Geomecánica (ÖGG-Richtlinie für die geomechanische Planung von Untertagearbeiten mit zyklischem Vortrieb)

[7] ÖNORM B2203-1 Untertagebauarbeiten - Werkvertragsnorm – Teil 1: Zyklischer Vortrieb, 2001 (Norma Austriaca (ÖNORM) B2203-1 Obras subterráneas – Parte 1: Excavación ciclica, Año 2001)

[8] ÖNORM B2203-2 Untertagebauarbeiten - Werkvertragsnorm – Teil 2: Kon-tinuierlischer Vortrieb, 2005 (Norma Austriaca (ÖNORM) B2203-2 Obras subterráneas – Parte 2: Excavación continua ó mcanizada, Año 2005)

[9] ÖNORM B 3800-4 Brandverhalten von Baustoffen und Bauteilen – Bauteile: Einreihung in die Brandwiderstandsklassen (Hochbau) (Norma Austriaca (ÖNORM) B3800-4 Comportamiento de materiales y elementos de construcción bajo incendio – Elementos de construcción: Clasificación de éstos en clases de resistencia ante el fuego)

[10] Directiva DS-853 – DB-NETZ “Proyecto, Construcción y Mantenimiento de Túneles Ferroviarios”, Año 2003; (Richtlinie Eisenbahntunnel planen, bauen und instand halten DS 853 (Directiva DS 853 Túneles ferroviales proyectar, construir y mantener en buen estado, Red de Ferrocarriles Alemanes, Año 2003)



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[11] Richtlinien für das Entwerfen von Bahnanlagen – Hochleistungsstrecken der ÖBB, Ausgabe 2002 (Directivas para el diseño de sistemas ferroviarios de Alta Velocidad / Capacidad, ÖBB Edición 2002)

[12] Richtlinien für das Entwerfen von Bahnanlagen – Hochleistungsstrecken der ÖBB, Anlage 4 Ausgabe 2002 (Directivas para el diseño de sistemas ferroviarios, ÖBB edición 2002, Anexo 4)

[13] Richtlinie Innenschalenbeton der ÖVBB (Directiva de la Comisión Austríca para Hormigones y Técnica Constructiva (ÖVBB) para hormigón de revestimientos definitivos de túneles)

[14] Richtlinie Faserbeton der ÖVBB (Österreichische Vereinigung für Beton- und Bautechnik) (Directiva de la Comisión Austríca para Hormigones y Técnica Constructiva (ÖVBB) para hormigón con fibras)

[15] Richtlinie Spritzbeton der ÖVBB (Österreichische Vereinigung für Beton- und Bautechnik) (Directiva de la Comisión Austríca para Hormigones y Técnica Constructiva (ÖVBB) para hormigón proyectado).

[16] Richtlinie ÖVBB (Österreichische Vereinigung für Beton- und Bautechnik) - Ausbildung von Tunnelentwässerungen (Directiva de la Comisión Austríca para Hormigones y Técnica Constructiva (ÖVBB) para la construcción de drenajes de túneles).

[17] Richtlinie ÖVBB (Österreichische Vereinigung für Beton- und Bautechnik), Erhöhter Brandschutz mit Beton für unterirdische Verkehrsbauwerke, Gründruck, Dezember 2004 (Directiva de la Comisión Austríca para Hormigones y Técnica Constructiva (ÖVBB): Mayor protección ante incendios de estructuras subterráneas para transporte por medio de hormigón; Edición preliminar, Diciembre 2004).

[18] Eurocode EC 1 (ÖNORM B 1991) (Código Europeo EC 1)

[19] Eurocode EC 2 (ÖNORM B 1992) (Código Europeo EC 2)

[20] Grundlagen für Ausführung und Prüfung von Tunnelabdichtungen, Heft 365 der österreichischen Forschungsgemeinschaft Straße und Verkehr (Bases para la Ejecución y Ensayo de Sistemas de Impermeabilización de Túneles, folleto No. 365 de la Sociedad Austríaca de Investigación de Caminos y Tránsito).

[21] Heft Nr. 544 der FSV (Österreichische Forschungsgemeinschaft Straße und Verkehr) (Folleto No. 544 de la Sociedad Austríaca de Investigación de Caminos y Tránsito).

[22] Richtlinien und Vorschriften für das Straßenwesen (RVS) 09.01.23 (Directivas Austríacas para Diseño de Caminos 09.01.23)

[23] UIC-Kodex 779-9 Sicherheit in Eisenbahntunneln, 1. Ausgabe, August 2003 (Código UIC 779-9 Seguridad en Túneles Ferroviarios, 1 Edición, Agosto 2003)

[24] RABT - Recomendaciones para Instalaciones y Operación de Túneles Carreteros, “Richtlinien für die Ausstattung und den Betrieb von Straßentunnel”, República de Alemania, Versión 2003 (Germany); Aplicable a túneles de más de 80 m de longitud;



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[25] RVS 9.281 – Recomendaciones de Diseño para la Operación e Instalaciones de Seguridad de Túneles – Obras Civiles, “Projektierungsrichtlinien Betriebs- und Sicherheitseinrichtungen, Bauliche Anlagen, Julio 2002, Ministerio de Transporte de Austria; Aplicable a túneles de más de 500 m de longitud.

[26] RVS 9.282 – Recomendaciones de Diseño para la Operación e Instalaciones de Seguridad de Túneles – Instalaciones, “Projektierungsrichtlinien Betriebs- und Sicherheitseinrichtungen, Tunnelausrüstung”, Julio 2002, Ministerio de Transporte de Austria; Aplicable a túneles de más de 500 m de longitud.

[27] RVS 9.286 - Recomendaciones de Diseño para la Operación e Instalaciones de Seguridad de Túneles – Instalaciones de Radio, “Projektierungsrichtlinien Betriebs- und Sicherheitseinrichtungen, Funkeinrichtungen”, Versión Preliminar Octubre 2002, Ministerio de Transporte de Austria; Aplicable a túneles de más de 500 m de longitud.

[28] RVS 9.27 - Recomendaciones de Diseño Iluminación de Túneles, “Projektierungsrichtlinien Tunnelbeleuchtung”, Octubre 1991, Ministerio de Transporte de Austria; Aplicable a túneles viales de cualquier longitud.

[29] RVS 9.261 - Recomendaciones de Ventilación de Túneles, “Projektierungs-richtlinien Tunnelbelüftung”, 1997, Ministerio de Transporte de Austria; Válida para túneles viales de cualquier longitud.

[30] CIE TC 4-35 – Guía para la Iluminación de Túneles Carreteros y Pasos Inferiores, “Guide for the lighting of road tunnels and underpasses”, Versión Preliminar No. 9, 30-01-2003; Aplicable a túneles viales de cualquier longitud.

[31] 1984 SEISMIC EFFECTS - Working Group 9 - OS1984 - Meetings, ITA (International Tunnel Society) - Protection of Underground Structures against Seismic Effects

[32] 1987 SEISMIC EFFECTS - Working Group 9 - Report ITA - Seismic Effects Seismic Design of Underground Structures

[33] 2001 - Seismic design and analysis of underground structures; a state of the Art Report sponsored by the ITA, Working Group 2

[34] Southern California Rapid Transit District, Supplemental Criteria for Seismic Design of Underground Structures"", Metro Rail Transit Consultants, 1984.



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3 ALTERNATIVAS DE TRAZADO

3.1 Generalidades

En este capítulo se presentan los resultados del desarrollo de este aspecto de diseño, focalizado en la parte central de alta cordillera y específicamente en los trazados de túneles de baja altura y túneles de rampa hacia éste, necesarios a ambos lados. Como ya se expresó en el capítulo introductorio de este informe, de un abanico inicial de trazados bastante amplio de trazados se pasó a uno bastante más reducido, manteniéndose hasta el fin del Estudio de Factibilidad 3 alternativas diferentes. La información técnico económica requerida como parte del alcance del Estudio de Factibilidad se elaboró con el mismo grado de detalle para las citadas 3 alternativas de trazado y obras subterráneas asociadas.

Cabe señalar también, que cualquiera de las alternativas de trazado estudiadas hasta el presente reviste un nivel de detalle asociado a un Estudio de Factibilidad. Por ende, más que trazados definitivos, los propuestos deben ser considerados como “corredores ferroviarios”, vale decir, una faja dentro de la cuál el trazado planimétrico y limitadamente también el altimétrico pueden variar, según condicionantes que actualmente no son conocidos aún (por ejemplo, condiciones geológico-geotécnicas de detalle).

3.2 Propuesta de un Espectro Amplio de Trazados y Evaluación

En una fase temprana del Estudio de Factibilidad, una vez definidos los Criterios de Diseño básicos del sistema de operación ferroviario, el Consultor desarrolló una propuesta de trazados planialtimétricos del túnel de baja altura y túneles de rampa sobre los accesos a éste, en tanto necesarios. Para este fin se consideraron fundamentalmente criterios geométricos propios de un trazado ferroviario, las condiciones morfológicas del terreno en el área de estudio, la necesidad de proveer un empalme entre el trazado subterráneo y los sectores de acceso a cielo abierto y, en forma global, la afectación que un trazado a cielo abierto puede sufrir por las condiciones climáticas invernales.

Los sitios de cabecera escogidos para el inicio del túnel de baja altura en cada país, sobre la base de los cuáles surgen las alternativas de trazado propuestas, son los siguientes:

En Argentina (listado desde mayor a menor nivel sobre el mar)

Quebrada Navarro, al oeste de Puente del Inca y de Horcones, altura aprox. 2.900 msnm.

Horcones, al oeste de Puente del Inca, a la altura de la Estación Fronteriza Argentina, altura aprox. 2.800 msnm

Penitentes alto, al oeste del complejo hotelero, altura aprox. 2.650 msnm

Penitentes bajo, al oeste del complejo hotelero, pero más cerca de éste, altura aprox. 2.580 msnm



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Punta de Vacas, sobre la margen orográfica derecha del Río Las Cuevas, en la intersección del valle de éste con el valle del Río Tupungato, con el que se produce la confluencia en este sector, altura aprox. 2.435 msnm

Polvaredas, al sudoeste de la localidad misma, pero más cerca de éste, altura aprox. 2.245 msnm

En Chile (listado desde mayor a menor nivel sobre el mar)

Juncal alto, en la margen orográfica derecha del Río Juncal, aproximadamente 4,5 km al interior del valle del mismo nombre desde la localidad de Juncal (al pie de los Caracoles), con altura aprox. 2.375 msnm

Río Blanco, sobre la margen orográfica derecha del Río Blanco, aproximadamente 2,8 km al interior de este valle desde la localidad de Saladillo, altura aprox. 1.540 msnm

Riecillo, a una altura aproximada de 1.280 msnm.

En la tabla de la Figura 1 siguiente se resumen las alternativas de trazado que surgen sobre la base de los sitios de cabecera de los túneles de baja altura propuestos para el análisis a nivel de factibilidad.

No todas las conexiones entre puntos de cabecera descriptos resultan en alternativas razonables, básicamente porque en primera instancia se imponía la limitación de pendiente longitudinal máxima, no debiendo superar ésta los 3%, valor que desde ya es considerado elevado y poco ideal para una línea ferroviaria de carga de alta capacidad.

Resultaron razonables las 14 alternativas de trazado mostradas en la tabla de la Figura 1. Ella entrega los resúmenes geométricos de la rasante por tramo, habiéndose dividido el sector de alta cordillera en 7 secciones parciales (una por columna de la tabla) y entregándose para cada sector las cotas de inicio y fin de la rasante, la pendiente de ésta y la longitud total. Los valores que muestra la tabla son los que reflejan el grado de avance que se tuvo en el momento de su emisión, es decir, al inicio del Estudio de Factibilidad. Con el avance de los estudios, los trazados que resultaron seleccionados para un análisis más detallado sufrieron ajustes, de los que se dará cuenta más adelante en este informe. Sectores de construcción subterránea asociados al túnel de baja altura se colorearon en verde, tal como se puede apreciar en la tabla. Túneles de rampa adicionales, los que son requeridos para las alternativas de trazado 10 y 14 en el Sector Río Blanco – Juncal, no son identificados en forma explícita en la tabla de la Figura 1.

Corredor Bioceánico Central – Estudio de Factibilidad Técnica y Económica Estudio de Túneles


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Alternativa Túnel Baja Altura Obras Sector Riecillo - Río Blanco Obras Sector Río Blanco - Juncal Túnel de Baja Altura Obras Sector Quebrada Navarro - Pte. Del Inca Obras Sector Pte. Del Inca - Penitentes Obras Sector Penitentes - Punta de Vacas Obras Sector Punta de Vacas - Polvaredas

trazado a cielo abierto trazado a cielo abierto c/ 3 túneles de rulo Trazado optimizado geológica-/ topográficamente trazado a cielo abierto trazado a cielo abierto trazado a cielo abierto trazado a cielo abierto

trazado ferroviario sobre margen izquierda Río Aconcagua, básicamente siguiendo el trazado existente

combinación de trazado a cielo abierto en ladera y 3 túneles de "rulo", con R>550 m (aprox. 11 km de túnel,

en total)

túneles con 2 tubos de trocha simple y trazado horizontal con curvas mínimas de radio 1000 m

trazado ferroviario sobre fondo de valle, alineado con el trazado actual, muy probablemente en gran parte

protegido con cobertizos o en túnel falso de 2 trochas

trazado ferroviario sobre fondo de valle, ajustado frente al trazado actual



Longitud Cotas en msnm Pendiente Longitud Cotas en msnm Pendiente Longitud Cotas en msnm Pendiente Longitud Cotas en msnm Pendiente Longitud Cotas en msnm Pendiente Longitud Cotas en msnm Pendiente Longitud Cotas en msnm Pendiente

Nº desde hasta (m) inicio fin (%) (m) inicio fin (%) (m) portal CH Portal AR (%) (m) inicio fin (%) (m) inicio fin (%) (m) inicio fin (%) (m) inicio fin (%)

1 Juncal Pta Vacas 6.300 1.280 1.430 2,38% 32.373 1.430 2.250 2,53% 38.629 2.250 2.435 0,48% túnel a baja altura 13.400 2.435 2.245 -1,42%

2 Juncal Penitentes 6.300 1.280 1.430 2,38% 32.373 1.430 2.250 2,53% 31.969 2.250 2.580 1,03% túnel a baja altura 5.850 2.580 2.435 -2,48% 13.400 2.435 2.245 -1,42%

3 Río Blanco Polvaredas 6.300 1.280 1.430 2,38% túnel a baja altura 62.576 1.430 2.245 1,30% túnel a baja altura túnel a baja altura

4 Riecillo Polvaredas túnel a baja altura 69.176 1.280 2.245 1,39% túnel a baja altura túnel a baja altura

5 Río Blanco Pta Vacas 6.300 1.280 1.430 2,38% túnel a baja altura 54.437 1.430 2.435 1,85% túnel a baja altura 13.400 2.435 2.245 -1,42%

6 Riecillo Pta Vacas túnel a baja altura 61.037 1.280 2.435 1,89% túnel a baja altura 13.400 2.435 2.245 -1,42%

7 Juncal Puente del Inca 6.300 1.280 1.430 2,38% 32.373 1.430 2.250 2,53% 23.212 2.250 2.730 2,07% túnel a baja altura 9.450 2.727 2.580 -1,56% 5.850 2.580 2.435 -2,48% 13.400 2.435 2.245 -1,42%

8 Río Blanco Penitentes 6.300 1.280 1.430 2,38% túnel a baja altura 47.163 1.430 2.580 2,44% túnel a baja altura 5.850 2.580 2.435 -2,48% 13.400 2.435 2.245 -1,42%

9 Riecillo Penitentes túnel a baja altura 53.763 1.280 2.580 2,42% túnel a baja altura 5.850 2.580 2.435 -2,48% 13.400 2.435 2.245 -1,42%

10 Juncal alto Quebrada Navarro 6.300 1.280 1.430 2,38% 32.000 1.430 2.375 2,95% 17.500 2.375 2.900 3,00% 10.000 2.900 2.727 -1,73% 9.450 2.727 2.580 -1,56% 5.850 2.580 2.435 -2,48% 13.400 2.435 2.245 -1,42%

11 Riecillo Puente del Inca túnel a baja altura 44.944 1.280 2.730 3,23% túnel a baja altura 9.450 2.727 2.580 -1,56% 5.850 2.580 2.435 -2,48% 13.400 2.435 2.245 -1,42%

12 Río Blanco Puente del Inca 6.300 1.280 1.430 2,38% túnel a baja altura 38.344 1.430 2.730 3,39% túnel a baja altura 9.450 2.727 2.580 -1,56% 5.850 2.580 2.435 -2,48% 13.400 2.435 2.245 -1,42%

13 Río Blanco Penitentes2 6.300 1.280 1.430 2,38% túnel a baja altura 51.578 1.430 2.650 2,37% túnel a baja altura 10.850 2.650 2.435 -1,98% 13.400 2.435 2.245 -1,42%

14 Juncal Horcones 6.300 1.280 1.430 2,38% 32.373 1.430 2.250 2,53% 22.032 2.250 2.800 2,50% túnel a baja altura 10.650 2.800 2.580 -2,07% 5.850 2.580 2.435 -2,48% 13.400 2.435 2.245 -1,42%

Figura 1 – Tabla Resumen de Alternativas de Trazado en Sector Cordillerano Central con Túnel de Baja Altura



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En la tabla de la siguiente Figura 2 se presenta nuevamente el listado de trazados, con los datos geométricos más relevantes con relación al túnel de baja altura y trazado en el corredor de alta cordillera en análisis.

Resumen Características de la Alternativa

L to

tal a

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a

Pend

ient

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long

itud

tota

l de

túne

l

Nº

desd

e

hast

a

(km) (%) (%) (m) (km) (km) (km) (km)

1 Juncal Pta Vacas 90,7 2,5% 1,48% 1.345 35,9 16,2 38,6 54,8

2 Juncal Peni-tentes alto 89,9 2,5% 1,82% 1.635 41,7 16,2 32,0 48,2

3 Río Blanco

Polva-redas 68,9 2,4% 1,40% 965 6,3 0,0 62,6 62,6

4 Riecillo Polva-redas 69,2 1,4% 1,39% 965 0,0 0,0 69,2 69,2

5 Río Blanco Pta Vacas 74,1 2,4% 1,81% 1.345 19,7 0,0 54,4 54,4

6 Riecillo Pta Vacas 74,4 1,9% 1,81% 1.345 13,4 0,0 61,0 61,0

7 Juncal Puente del Inca 90,59 2,5% 2,13% 1.932 51,2 16,2 23,2 39,4

8 Río Blanco

Peni-tentes alto 72,7 2,5% 2,25% 1.635 25,6 0,0 47,2 47,2

9 Riecillo Peni-tentes

alto 73,0 2,5% 2,24% 1.635 19,3 0,0 53,8 53,8

10 Juncal alto

Quebrada Navarro 94,5 3,0% 2,41% 2.275 66,4 29,9 17,5 28,1

11 Riecillo Puente del Inca 73,6 3,2% 2,62% 1.932 28,7 0,0 44,9 44,9

12 Río Blanco

Puente del Inca 73,3 3,4% 2,63% 1.929 35,0 0,0 38,3 38,3

13 Río Blanco

Peni-tentes bajo

82,1 2,4% 2,16% 1.775 30,6 0,0 51,6 51,6

14 Juncal Horcones 90,61 2,5% 2,29% 2.075 52,4 17,2 22,0 38,2

Figura 2 – Listado de trazados con resumen de características geométricas más representativas



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La alternativa tomada como alternativa de referencia o de partida en el estudio es aquella a la se asignó el número 10. Es ésta la alternativa de túnel de baja altura más corto, también la de menor longitud total de túneles en el sector alto y de menor riesgo geológico-geotécnico, dado que no debe cruzar un sector geológico e hidrogeológico complejo, como el que se desarrolla entre la Quebrada Navarro, como límite occidental, y la localidad de Puente del Inca, como límite oriental. El resto de los trazados de túneles de baja altura (todos) cruza este sector y se “adentra” más al territorio argentino.

Desde un punto de vista conceptual, los trazados se pueden describir de la siguiente forma (para cada traza se incluye una planimetría de ésta, ilustrada sobre una fotografía satelital del sector de proyecto entre Riecillo y Polvaredas):

1. Trazado A1 (Juncal – Punta de Vacas):

Este trazado es de baja pendiente promedio (1,48%), requiriendo un túnel de baja altura de aprox. 39 km de longitud. Tiene el gran inconveniente de no estar equilibrado con respecto a las pendientes del trazado, dado que entre Río Blanco y Juncal la pendiente difícilmente pueda reducirse a valores menores al 2,5% (como se propone en el trazado A14) y lograr esto implica incorporar varios túneles de rampa, que en total demandan un mínimo de 16-17 km adicionales de túnel. Por otra parte, es de destacar que la longitud total entre Polvaredas alcanza a aprox. 91 km, estando por lo tanto cerca del máximo del rango resultante, que varía entre los 69 y 95 km aproximadamente. Básicamente debido a la falta de equilibrio en las pendientes esta alternativa queda descartada, teniendo además la desventaja de la gran longitud de trazado total.

2. Trazado A2 (Juncal – Penitentes Alto):

Este trazado puede ser considerado una variante del anterior, con una pendiente promedio más alta (1,82%) y una pendiente máxima de 2,5%, la que sigue estando dada por el sector de trazado entre Río Blanco y Juncal. El túnel de baja altura es de aprox. 32 km de longitud, es decir, más corto que antes. Esta alternativa sigue teniendo, si bien en menor grado, el inconveniente de no estar equilibrada con relación a las pendientes del trazado, como ya mencionado arriba. Asimismo, con aprox. 90 km la longitud total de trazado, si bien algo menor, sigue estando cerca del límite superior del rango de alternativas propuesto. Debido a la falta de equilibrio en las pendientes esta alternativa también queda descartada esta alternativa.

3. Trazado A3 (Río Blanco – Polvaredas):

La alternativa en cuestión, junto con la que sigue (Alternativa A4) es una de las dos que ocupa el límite inferior del rango de longitud total. La pendiente promedio con 1,4% también está en el rango menor. Sigue existiendo para este trazado un desequilibrio, porque entre Río Blanco y Riecillo la pendiente es cercana a los 2,4%. Además, el túnel de baja altura con aprox. 63 km de longitud es extremadamente largo, lo que hace que esta alternativa constructiva sea muy costosa. Considerando básicamente esta última característica y el hecho que entre Polvaredas y Punta de Vacas, sobre el lado argentino, no



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existen problemas de nevadas o riesgos en invierno que no puedan ser fácilmente dominados, esta alternativa de túnel tan largo carece de sentido, descartándose por lo tanto este trazado.

4. Trazado A4 (Riecillo – Polvaredas):

Esta alternativa es una de los límites del abanico estudiado, en tanto que es el trazado completo más corto (aprox. 69 km), tiene la menor pendiente promedio, con 1,39% y se desarrolla sólo en túnel, por lo que éste alcanza una longitud igual a la del trazado total, es decir, de casi 70 km de longitud. Por ende, si bien esta alternativa tiene la ventaja de ser la más corta y tener la menor pendiente total promedio (equilibrada), es la más costosa, por ser totalmente subterránea, abarcando dos sectores de corredor (Riecillo – Río Blanco y Punta de Vacas – Polvaredas), a lo largo de los cuáles el trazado puede ser a cielo abierto, sin problemáticas de invierno y con pendientes promedios razonables, dentro del rango óptimo que se puede lograr globalmente para este proyecto. Por esta razón, este trazado también resulta descartado en la primera selección.

5. Trazado A5 (Río Blanco – Punta de Vacas):

La presente alternativa tiene una pendiente promedio de aproximadamente 1,8%, una longitud total de aprox. 74 km y un túnel de baja altura de aproximadamente 54 km de longitud. Éste se extiende desde Punta de Vacas hasta el valle del Río Blanco, cruzando en forma subterránea todo el sector cordillerano de fuertes pendientes y de problemáticas invernales. Si bien tiene un túnel de gran longitud, éste está dentro del rango de los 3 túneles trasalpinos que hoy en día están en construcción y proyecto, no siendo por lo tanto una obra fuera de lo común en el área. El hecho de cruzar por un sector geológico-geotécnica e hidrogeológicamente complejo entre Q. Navarro y Puente del Inca y de exhibir un túnel de gran costo no son motivos para descartarla, dado que costos y riegos asociados a la geología tienen una fuerte contrapartida, como lo es un nivel de operatibilidad ferroviaria mucho más alto que trazados de mayor pendiente, como los que se describirán más adelante. Esta alternativa forma parte de las seleccionadas en el Estudio de Factibilidad y llevadas hasta el final del mismo.

6. Trazado A6 (Riecillo – Punta de Vacas):

Esta alternativa de trazado es similar que la Alternativa A4, con la diferencia que el portal argentino está en Punta de Vacas, reduciéndose por lo tanto la longitud del túnel en aproximadamente 7 km, aumentando la pendiente promedio a 1,8% aproximadamente y aumentando también la longitud total del trazado en el corredor en aprox. 5 km frente a esa alternativa. En forma similar a la Alternativa A4, la presente tampoco es una alternativa recomendable, dado que incorpora un sector de túnel entre Río Blanco y Riecillo, sector en dónde con pendiente longitudinal razonable puede también implementarse un trazado a cielo abierto de menor costo, reduciéndose con ello la longitud del túnel de base y los costos de inversión de obra. Puede observarse que con una longitud total de 74 km, prácticamente idéntica a la de la Alternativa A5, se tiene un túnel de base de aproximadamente 6,5 km mayor longitud, lo que sin dudas redunda



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en mayores costos de inversión de obra, sin ofrecer ninguna ventaja especial a cambio. Esta alternativa, por lo tanto, queda descartada.

7. Trazado A7 (Juncal – Puente del Inca):

Este trazado propone un túnel de baja altura de aproximadamente 23 km de longitud, con portales en Juncal y en las cercanías de Puente del Inca, exhibiendo una pendiente promedio de aprox. 2,13% y una longitud total de aprox. 90 km en todo el corredor en el que se están comparando las alternativas. Sobre el costado chileno requiere de varios túneles de rampa (en total, unos 16 km) para sortear con una pendiente de 2,5% el sector Río Blanco – Juncal. Si bien en esta alternativa hay un balance bastante razonable de pendientes –en todo caso menor a 2,5%- se verá que esta alternativa es superada por la Alternativa 14, que presenta la ventaja de tener un túnel de baja altura más corto que atraviesa una longitud más reducida del sector de geología complejo entre Q. Navarro y Puente del Inca. Adicionalmente, la presente alternativa tendría su portal argentino en inmediaciones de la zona de Puente del Inca, estando particularmente expuesta a la problemática que allí puede quedar determinada por la existencia de la fuente de agua termal y el puente del Inca mismo, como monumento nacional. Se determina entonces, que esta alternativa no será investigada más en detalle.

8. Trazado A8 (Río Blanco – Penitentes Alto):

Esta alternativa de trazado surge prácticamente como variante de la Alternativa A5, con un túnel de baja altura aproximadamente 7 km menos largo (47 frente a 54 km) y una pendiente longitudinal promedio mayor, que alcanza los 2,25% (frente a 1,8 del trazado A5). El túnel mismo tiene una pendiente longitudinal de aproximadamente 2,5 %, valor que fue escogido como un valor de pendiente razonable para la zona montañosa en la que se emplaza este proyecto. La longitud total de trazado en el corredor en estudio es de aproximadamente 73 km, es decir, casi idéntica a la de la Alternativa A5. La desventaja que esta alternativa presenta frente a la anteriormente citada, es que parte del trazado en Argentina queda afecta a condiciones invernales que pueden requerir más costos y esfuerzos de mantenimiento.

9. Trazado A9 (Riecillo – Penitentes Alto):

La Alternativa A9 se propuso con un túnel similar al de la A8, con la diferencia que el túnel de baja altura se alargó en el costado chileno hasta Riecillo, lo que significa una extensión de éste de aproximadamente 6,5 km. Tanto la pendiente promedio, como la pendiente longitudinal del túnel de baja altura son iguales a la de la Alternativa A8. Para esta alternativa vale prácticamente lo mismo que se dijo para la Alternativa A6, es decir, prácticamente no tiene mayores ventajas extender el túnel de baja altura hacia Riecillo, dado que no se mejoran las condiciones operativas y se aumentan los costos de inversión de obra.

10. Trazado A10 (Juncal Alto – Quebrada Navarro):

Esta alternativa reúne muchas características que la hacen especial. Surge sobre la base de 2 condiciones de borde impuestas, siendo éstas: la pendiente longitudinal máxima en el túnel de baja altura y otros sectores del trazado de



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3% y la búsqueda de un portal de ingreso al túnel de baja altura en Argentina inmediatamente al oeste del sector geológico-geotécnicamente complejo asociado a las formaciones Auquilco y los cabalgamientos que existen entre la Quebrada Navarro y Puente del Inca. Para lograr la pendiente citada, el túnel de baja altura resulta de una longitud de aproximadamente 18,5 km, mientras que se requieren adicionalmente túneles en la rampa de subida sobre el costado chileno entre Río Blanco y Juncal de aproximadamente 10-11 km. Más datos sobre estos túneles se entregan en el próximo capítulo 3.3 de este informe, en el que se presentan las alternativas seleccionadas para continuación de su evaluación en el Estudio de Factibilidad. La presente alternativa de trazado tiene claras desventajas frente a otras como la A5 y A8 desde un punto de vista geométrico y por lo tanto operativo para la operación ferroviaria. La pendiente promedio con 2,4 % es relativamente alta y también lo es la pendiente máxima del 3%, considerada como la límite admisible para este proyecto. También presenta la desventaja de tener largos sectores de trazado a cielo abierto expuestos a las condiciones climáticas adversas del invierno y a los riesgos de avalanchas, rodados y caídas de rocas en sectores de ladera. Las dos ventajas de relevancia que destacan a la Alternativa 10 son las siguientes:

Es la alternativa con el túnel de baja altura más corto y también, la que menos costos de inversión de obra civil totales requiere;

Es la única de las alternativas de túnel de baja altura que no atraviesa los sectores de macizo rocoso que se emplazan en el lado argentino al este de la Quebrada Navarro y que no se acerca tampoco a la zona problemática de Puente del Inca; es, entonces, la solución con condiciones geotécnicas más favorables y menos riesgosas para el túnel de baja altura, como también la que presenta la mayor facilidad de exploración y pronóstico; Esta última realidad la hace especial y destacable, dado que sobre la base de la información geológico-geotécnica e hidrogeológica existente y conocida hasta el momento continuar con un túnel hacia el este de la Quebrada Navarro es introducirse en condiciones muy complejas y totalmente desconocidas, para las que se requieren costosos y extensos programas de investigación del subsuelo a fin de poder tener un pronóstico suficientemente claro para el desarrollo de una ingeniería para licitación de la obra.

Son estas dos realidades, pero básicamente la segunda de ellas la que determina que la Alternativa A10 debe continuar en análisis, excepto que por otras razones estratégicas o de limitación de la capacidad de transporte o de falta de rentabilidad resulte poco atractiva o hasta imposible de justificar financieramente a largo plazo.

11. Trazado A11 (Riecillo – Puente del Inca):

Esta alternativa de trazado, con pendiente promedio de 2,6%, un túnel de baja altura de aproximadamente 45 km de longitud, pero una pendiente del túnel de 3,2 % mayor a la límite impuesta, queda descartada, no sólo por esta simple razón, sino porque no tiene mucho sentido hacer un túnel de baja altura más



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adentrado en el territorio chileno (Río Blanco – Riecillos), pero menos en el argentino, dejando una gran longitud de trazado a cielo abierto expuesto a las condiciones climáticas de invierno (entre Puente del Inca y Punta de Vacas).

12. Trazado A12 (Río Blanco – Puente del Inca):

Esta alternativa de trazado tiene una pendiente promedio y una pendiente máxima ambas superiores aún a la de la solución anterior, (2,6% y 3,4% respectivamente), un túnel de baja altura de aproximadamente 38 km de longitud y una longitud total de trazado en el corredor en análisis de aprox. 73 km. Queda probado con esta alternativa que un túnel entre las dos cabeceras propuestas no tiene chances, porque resultan pendientes demasiado elevadas. Como el trazado del túnel mismo aparte atraviesa la zona geotécnicamente más desfavorable, tampoco tiene ninguna otra ventaja de relevancia, como no lo tiene tampoco la Alternativa A11 anterior.

13. Trazado A13 (Río Blanco – Penitentes Bajo):

La presente alternativa de trazado es, de alguna forma, una alternativa a la Alternativa A8, con pendientes promedio y máxima aceptables (2,2% y 2,4% respectivamente) y sitios de portal del túnel de baja altura aproximadamente iguales. La diferencia está en que se alargó el túnel de baja altura a casi 52 km, buscando un trazado más al sur del sector central geológico-geotécnicamente complejo y buscando al mismo tiempo garantizar las coberturas menores posibles y el mejor alineamiento del trazado del túnel frente a las fallas. No se tiene ninguna constancia que con este cambio de trazado, que a priori hace el túnel más largo y muy probablemente más costoso realmente se logre una mejora de las condiciones geotécnicas que compense estos mayores costos directamente vinculados a la longitud del túnel. Se consideró entonces, que no tenía sentido continuar con el desarrollo de esta alternativa, sin por ello no tenerla en cuenta a futuro, pero siempre como una alternativa de la Solución A8 y siempre que comparada con ésta efectivamente demuestre que es más favorable.

14. Trazado A14 (Juncal – Horcones):

La presente Alternativa A14 también pretende explorar una posible ventaja, que se podría lograr partiendo de la Alternativa A10, pero garantizándose una pendiente máxima del 2,5%. Lo dicho se logra al introducir algunos túneles de lazo y túneles de ladera en el sector Río Blanco – Juncal, (en forma similar a la Alternativa A10, pero más largos), y alargando el trazado del túnel de baja altura para bajar la pendiente de éste al valor deseado. La alternativa se mejora también frente a la alternativa A10 en tanto que el portal chileno se propone en Juncal Bajo, es decir, no al interior del Valle del Río Juncal al sur, con más altura y más problemas climáticos en invierno. Como contrapartida se tiene, por supuesto, un túnel de baja altura de 22 a 23 km en lugar de 17-18 km de la otra alternativa, y el cruce parcial del sector geológico-geotécnico muy complejo que se materializa entre Quebrada Navarro y Puente del Inca. Con un portal argentino en Horcones, esta alternativa frente a la A10 tiene la ventaja operacional de tener una pendiente máxima de sólo 2,5%, pero la desventaja de tener en total al menos 10 a 11 km más de longitud en túnel y el ingreso de



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las obras subterráneas dentro del sector geológico complejo ya citado. Con relación al aspecto de la afectación por condiciones climáticas y otros factores de riesgo geotécnico asociados a sectores a cielo abierto en laderas, la presente alternativa esencialmente es similar, con leves ventajas frente a la A10.

En principio, al ser analizada al comienzo del Estudio de factibilidad esta alternativa resultó interesante y competitiva, por lo que no se excluyó, sino se continuó analizando. No obstante, al avanzarse más con el análisis de trazado en detalle (no reflejado en la Figura 2, dado que los valores allí indicados son del análisis temprano del estudio) pudo verificarse (ver el capítulo 3.3 siguiente) que la longitud total de túneles era casi idéntica a la Alternativa A8, pero con todas las desventajas asociadas a trazados en ladera y túneles en lazo, como lo son necesarios para la Alternativa A14 entre Río Blanco y Juncal bajo.

En consecuencia, la Alternativa A14 continuó en desarrollo como parte del Estudio de Factibilidad, pero resultó descartada más adelante, por no proveer ventajas ni geológicas, ni de costos de inversión, ni tampoco operativas frente a la Alternativa A8.

En las siguientes páginas se presenta una ilustración en planta de cada uno de los 14 trazados propuestos como parte del abanico inicial de alternativas.



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3.3 Selección de Alternativas de Trazados y Túneles de Baja Altura para Estudio a Nivel de Factibilidad

En el capítulo anterior se presentó y describió el abanico de alternativas de trazado propuestas y analizadas preliminarmente entre las cabeceras del corredor de trazado que cruza el sector de alta cordillera, es decir, Riecillo en Chile y Polvaredas en Argentina. De las 14 alternativas de trazado y túnel de baja altura propuestas resultan atractivas y competitivas, según lo ya analizado y descrito, sólo 4, siendo éstas las alternativas presentadas con sus características geométricas en la tabla de la siguiente Figura 3:

COTA INICIAL

COTA FINAL LONGITUD PENDIENTE

TÚNEL C. ABIERTO TRAMO

(msnm) (msnm) (mts) (mts) (%) TRAZADO 5 DE RIO BLANCO A PTA. DE VACAS

UNICO 1.545 2.440 52.393 1,71 TRAZADO 8 DE RIO BLANCO A PENITENTES

UNICO 1.545 2.610 43.441 2,45 TRAZADO 10 DE RIO BLANCO A Q. NAVARRO

(msnm) (msnm) (mts) (mts) (%) 10-T1 1.545 1.724 6.116 2,93

10-CA2 1.724 1.790 2.214 2,98 10-T3 1.790 1.883 3.101 3,00

10-CA4 1.883 2.015 4.396 3,00 10-T5 2.015 2.095 2.663 3,00

10-CA6 2.095 2.117 735 2,99 10-T7 2.117 2.185 2.265 3,00

10-CA8 2.185 2.387 6.757 2,99 10-T9 (túnel base) 2.375 2.920 18.665 2,92

TOTALES 1.545 2.920 32.810 14.102 2,93 TRAZADO 14 DE RIO BLANCO A C. HORCONES

14-T1 1.545 1.630 3.545 2,40 14-CA2 1.630 1.710 3.205 2,50 14-T3 1.710 1.840 5.203 2,50

14-CA4 1.840 1.905 2.655 2,45. 14-T5 1.905 2.010 4.190 2,51

14-CA6 2.010 2.040 1.251 2,40 14-T7 2.040 2.140 4.020 2,49

14-CA8 2.140 2.150 400 2,50 14-T9 2.150 2.185 1.524 2,30

14-CA10 2.185 2.230 2.121 2,12 14-T11 (túnel base) 2.230 2.800 22.837 2,50

TOTALES 1.545 2.800 41.319 9.632 2,46

Figura 3 – Resumen características geométricas de alternativas seleccionadas

Los datos geométricos del trazado y la longitud de túneles y de sectores a cielo abierto resultan de un análisis de mayor detalle del trazado en el corredor, para el que



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se empleó la restitución aerofotogramétrica realizada. Es por ello que las longitudes de estas obras son diferentes a las de los estudios preliminares que se presentaron en la tabla de la Figura 2 del capítulo 3.2 anterior. A continuación se hacen comentarios adicionales sobre las alternativas seleccionadas.

A. Trazado A10 (Juncal Alto – Quebrada Navarro):

Túnel de Baja Altura (sin túneles falsos): 18,665 km Otros Túneles: 4 túneles, L tot. = 14,145 km

- T1 = 6,116 km – túnel a través de cordón montañoso - T3 = 3,101 km – túnel helicoidal, para vencer altas pendientes - T5 = 2,663 km – túnel helicoidal, para vencer altas pendientes - T7 = 2,265 km – túnel en ladera

Total trazado a cielo abierto: 14,102 km

Para el túnel de baja altura se analizaron 4 diferentes alternativas de trazado, tal como mostradas en la Figura 4 (A a D), de las que se escogió la alternativa A. Esta alternativa se escogió por ser la que mejor optimiza las condiciones geológicas y de cobertura, teniendo además la ventaja de permitir acceso en muchos sitios para hacer sondajes y perfiles sísmicos de exploración geológica de profundidad. Con esta alternativa también se genera la posibilidad de construir el túnel de baja altura a través de galerías de acceso intermedio y método convencional como alternativa frente a la construcción mecanizada (TBM), lo que puede ser una alternativa interesante.

En el Anexo de este informe, plano “Alternativa 10.A – Juncal Alto – Q. Navarro; Layout General y Cómputo de Longitudes de Túnel”, se presenta el trazado final a nivel de Estudio de Factibilidad de la Alternativa en cuestión. En él se ilustra, además de una planta, el corte longitudinal y una estimación del plazo de construcción de este túnel (para 1 ó 2 tubos, construidos cada uno en forma independiente). La cobertura máxima del túnel es de aproximadamente 1.700 m. Teniendo varias posibilidades de construcción de galerías de acceso intermedias, para el programa de construcción se partió de la base de una construcción convencional a través de dos frentes extremos y dos intermedios. En esta estimación se tuvo en cuenta la distribución geológica que se muestra en el corte del plano y rendimientos promedio, tal como presentados en el capítulo 7.6 de este informe.

En el capítulo 6.3.3 de este informe se incluye una reseña de los túneles de aproximación que forman parte de la presente alternativa entre Río Blanco y Juncal Alto.

Con relación a costos de inversión de obra, siempre sobre la base de estimaciones muy preliminares efectuadas al inicio del Estudio de Factibilidad y para el escenario de construcción final, es decir, con 2 vías completas, tanto a cielo abierto como en túnel, sin incluir el costo del parque rodante, la estimación resultó en un monto de US$ 2.635.

Se verifica lo antedicho, que la presente alternativa de trazado en el sector cordillerano alto es la que determina el menor costo de inversión total de obra y el menor plazo constructivo.



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Alternativa 10 A Alternativa 10 B

Alternativa 10 C Alternativa 10 D

Figura 4 – Alternativa A10 – Propuesta de 4 Trazados Alternativos



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B. Trazado A5 (Río Blanco – Punta de Vacas):

Túnel de Baja Altura (sin túneles falsos): 52,393 km Otros Túneles: no hay en el sector Riecillo - Polvaredas Total trazado a cielo abierto (aproximado): 21,707 km

En el Anexo de este informe, plano “Alternativa 5 – Río Blanco – Pta. De Vacas; Layout General y Cómputo de Longitudes de Túnel”, se presenta el trazado final de esta alternativa en el marco del Estudio de Factibilidad en curso. Como puede verse en el trazado de planta, éste se alínea siempre con los valles principales Este – Oeste, tanto en Chile (del Río Juncal) y en Argentina (del Río Las Cuevas), excepto en el sector del paso cordillerano mismo. También se observa que el trazado se mantiene siempre al sur de estos dos valles. Como queda en evidencia a través del Informe Final Geológico Geotécnico e Hidrogeológico del Estudio de Factibilidad, el Informe GGG-019, este trazado garantiza una situación geológico-geotécnica favorable sobre el costado chileno, prácticamente hasta muy cerca de la frontera, pero pasa por un sector muy complejo sobre el costado argentino entre la Quebrada Navarro y Puente del Inca, tal como lo muestra el plano “Alternativa 5 – Río Blanco – Pta. De Vacas; Sectorización y Programa de Construcción” del Anexo de este informe. Por el momento, como parte del Estudio de Factibilidad en curso, se mantiene este alineamiento planimétrico del trazado, al sur del valle del Río Las Cuevas, a pesar de pasar cerca de la fuente de agua termal de Puente del Inca. De los estudios geológicos desarrollados hasta el presente, sin disponer de información de exploraciones subsuperficiales, no hay información concluyente que permita justificar un cambio de alineamiento del trazado sobre el lado argentino hacia el norte del valle. El cambio de alineamiento significaría tener que cruzar una falla principal inferida –pero prácticamente segura- a lo largo del valle del Río Las Cuevas, la que muy probablemente será un escollo importante para la construcción del túnel. Una vez que estén disponibles los resultados de la primera campaña de exploraciones subsuperficiales y que se tenga más información también sobre la situación hidrogeológica del sector de Puente del Inca, será posible analizar este tema de un posible cambio de alineamiento del trazado A5 sobre el costado argentino.

Como puede apreciarse en corte longitudinal del plano antes referido en el Anexo de este informe, la cobertura máxima del túnel llega a aproximadamente 2.200 m, es decir, un valor muy alto. Con relación a la estrategia de construcción del túnel de baja altura, se propone una división del alineamiento en 4 sectores, con las siguientes metodologías:

Río Blanco – Juncal, construcción convencional, a través de 1 frente extremo y 3 frentes intermedios, a través de galerías de acceso;

Juncal – Las Cuevas, construcción mecanizada mediante 1 máquina tunelera, en excavación ascendente desde oeste a este;

Las Cuevas – Puente del Inca, sector geotécnicamente más complejo, por el momento, por falta de garantía de exhibir un comportamiento geotécnico suficientemente favorable para el uso de una máquina



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tunelera, con excavación convencional, a través de 3 pozos profundos y 4 frentes de excavación;

Puente del Inca – Punta de Vacas, construcción mecanizada mediante 1 máquina tunelera, en excavación este – oeste, desde el portal de acceso en Punta de Vacas.

Sobre la base de la estrategia de excavación propuesta para el túnel, la distribución geológico-geotécnica que se muestra en el corte del plano y los rendimientos promedio de excavación convencional y mecanizada, tal como presentados en el capítulo 7.6 de este informe, se elaboró un programa de construcción preliminar, el que está incluido en los planos adjuntos.

Con relación a costos de inversión de obra, para el escenario final de construcción, que contempla la construcción completa de las dos trochas a lo largo de todo el trazado y con túneles dobles, la estimación de costos de inversión de la obra completa hecha preliminarmente, es decir, todas las obras civiles y de equipamiento electromagnético y ferroviario, sin considerar el costo del parque rodante, arroja un monto estimativo de US$ 3.630.

Se verifica que de las 4 alternativas preseleccionadas la presente es la de mayor costo de inversión total de obra y plazo de construcción.

C. Trazado A8 (Río Blanco – Penitentes Alto):

Túnel de Baja Altura (sin túneles falsos): 43,441 km Otros Túneles: no hay otros en el sector Riecillo - Polvaredas Total trazado a cielo abierto (aproximado): 29,251 km

En el Anexo de este informe, plano “Alternativa 8 – Río Blanco – Penitentes Alto; Layout General y Cómputo de Longitudes de Túnel”, se presenta el trazado final de esta alternativa en el marco del Estudio de Factibilidad en curso. En forma similar al trazado A5, el presente también se alínea siempre con los valles principales Este – Oeste, tanto en Chile (del Río Juncal) y en Argentina (del Río Las Cuevas), excepto en el sector del paso cordillerano mismo, manteniéndose siempre al sur de estos dos valles. Las reflexiones que se hicieron en el punto B anterior con relación a la posibilidad de hacer aún un cambio de alineamiento del trazado sobre el lado argentino hacia el norte del valle, son también aplicables para este caso. Decisiones al respecto se podrán tomar en la siguiente fase del proyecto, una vez que estén disponibles los resultados de la primera campaña de exploraciones subsuperficiales y que se tenga más información también sobre la situación hidrogeológica del sector de Puente del Inca.

Según el corte longitudinal del plano adjunto en el Anexo de este informe, la cobertura máxima del esta alternativa de túnel es menor que la del trazado A5, llegando aproximadamente a 2.000 m, siendo éste un valor aún muy elevado. Con relación a la estrategia de construcción del túnel de baja altura, se propone una división del alineamiento en 3 sectores, con las siguientes metodologías:



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Río Blanco – Juncal, al igual que para el túnel de la alternativa A5, construcción convencional, a través de 1 frente extremo y 3 frentes intermedios, mediante galerías de acceso;

Juncal – Las Cuevas, construcción mecanizada mediante 1 máquina tunelera, en excavación ascendente desde oeste a este;

Las Cuevas – Penitentes Alto, tanto para el sector geotécnicamente más complejo hasta Puente del Inca, como desde aquí hasta Penitentes, excavación convencional a través de 2 pozos profundos, 1 galería de acceso intermedio y un frente este – oeste desde el portal de acceso al túnel en Penitentes, con en total 6 frentes de excavación con método convencional.

Al igual que para las otras alternativas, sobre la base de la estrategia de exca-vación propuesta para el túnel, la distribución geológica que se muestra en el corte del plano y los rendimientos promedio de excavación convencional y me-canizada presentados en el capítulo 7.6, se efectuó una estimación preliminar del programa de construcción, adjunto en los planos del Anexo.

La estimación preliminar de costos de inversión de obra para el escenario final de construcción, en forma equivalente a las alternativas anteriores ya presentadas, arroja un monto estimativo de US$ 3.192.

D. Trazado A14 (Juncal – Horcones):

Túnel de Baja Altura (sin túneles falsos): 22,837 km Otros Túneles: 4 túneles, L tot. = 18,482 km

- T1 = 3,545 km – túnel a través de cordón montañoso - T3 = 5,203 km – túnel de rulo - T5 = 4,190 km – túnel de rulo - T7 = 4,020 km – túnel de rulo - T9 = 1,524 km – túnel en ladera

Total trazado a cielo abierto: 9,632 km

Puede observarse claramente, que la longitud total de túneles de esta alternativa de trazado de 41,319 km es muy extensa, siendo prácticamente equivalente a la del túnel de baja altura de la Alternativa A8, que tiene 43,441 km, es decir, es sólo 2 km más largo. El trazado total de esta alternativa, en cambio, es aproximadamente 18 km mayor, lo que demuestra que no es una alternativa que difícilmente pueda competir hasta por costo de inversión de obra con la Alternativa A8.

Haciéndose una estimación de costos preliminar, tal como efectuado para las demás alternativas, se llega a un costo de inversión de obra total de estimativamente US$ 3.046. Este costo, si bien es menor al de la Alternativa A8, la diferencia es reducida, no siendo suficiente como para poder compensar los costos de operación ferroviaria, que son mayores, tal como se puede ver en los estudios ferroviarios desarrollados como parte del presente Estudio de Factibilidad.



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En consecuencia, se concluye y recomienda, como ya dicho en el capítulo anterior, que la Alternativa A14 sólo sea considerara como una alternativa de la solución A8, en tanto que por razones geotécnicas se resulte mucho más ventajosa y que por esta razón, los costos de inversión de obra y plazos de construcción hasta puedan resultar más atractivos que los de aquella.

En la tabla de la siguiente Figura 5 se presenta un resumen de los costos de inversión de obra civil, ferroviaria y de equipamiento electromecánico de las 4 alternativas de trazado, junto con la estimación de plazos de construcción de los túneles de baja altura, que son las obras críticas para el proyecto completo. Se recuerda que los valores indicados en esta tabla no son idénticos a los que se entregan al final del Estudio de Factibilidad, dado que surgen de estimaciones que se efectuaron en un momento previo al término del estudio. Por lo tanto, los valores han de ser tomados en forma relativa entre las alternativas en estudio, pero no en su valor absoluto taxativo.

Alt. Nº desde hasta

Plazo aproximado de Construcción

(2 túneles independientes)

Costo de inversión aproximado

(obra civil con 2 vías)

5 Río Blanco Pta Vacas 9 a 10 años 3.630

8 Río Blanco Penitentes alto 9 años 3.192

10 Juncal alto Quebrada Navarro 7 a 8 años 2.635

14 Juncal Horcones 9 años 3.046

Figura 5 – Tabla resumen costos de inversión de obra completa (sin parque rodante) y plazos de construcción



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4 SISTEMA DE TÚNEL DE BAJA ALTURA PROPUESTO

4.1 Análisis General

Uno de los aspectos relevantes en el diseño del túnel de baja altura es la elección sobre el sistema de túnel, vale decir, si éste es un túnel de tubo simple y 2 trochas, o si es un túnel de 2 tubos de trocha simple. La decisión sobre qué sistema es el más apropiado para este proyecto es función de varios aspectos, siendo no obstante uno fundamental el de la seguridad de los usuarios en el caso de emergencias, en especial en caso de un incendio.

Con relación a este tema en particular, cabe señalar que no existen normas internacionales o nacionales que impongan taxativamente el uso de un sistema de túnel con 1 tubo o uno con 2 o más. La selección de la cantidad de tubos de un túnel no es un aspecto normado, sino resultado de análisis de varios aspectos y necesidades específicos de cada proyecto. Sin duda, la determinación que se tome tiene que cumplir con la normativa vigente o impuesta por la empresa o ente que tiene autoridad sobre el proyecto, pudiendo este cumplimiento ser directo, vale decir, aplicando artículos o disposiciones específicas de normas o recomendaciones que regulen aspectos particulares, o indirecto, a través de análisis de riesgo cuantitativos, los que permitan tomar decisiones fundadas en escenarios de eventos, pronósticos de comportamiento y probabilidades de cumplimiento.

Sea como fuera, lo que queremos destacar, que para los túneles de baja altura de este proyecto no existe ninguna norma internacional o nacional que otorgue una respuesta a la pregunta explícita si el túnel puede construirse con un único tubo con dos trochas o si tienen que ser dos tubos independientes, o quizá hasta más.

El informe GGG010 – Seguridad de Túneles aborda este tema con esta visión, vale decir, analizando los diferentes requerimientos que conceptualmente incluyen las normas vigentes en el tema, haciendo una revisión de cuáles son los sistemas de túneles adoptados en proyectos comparables a éste por su envergadura y tipo de tránsito y proponiendo una gama de soluciones posibles diferentes para el sistema de túnel, con el fin de adoptar de ésta la más apropiada para el túnel de baja altura de cada alternativa de trazado en estudio. También propone soluciones del sistema de túnel, tanto para un túnel llamado “corto”, que representa a los túneles de baja altura correspondientes a las Alternativas A10 y A14 (con aproximadamente 20 km de longitud) y uno “largo”, el que representa a los túneles de las Alternativas A5 y A8. Más allá de los análisis y determinaciones efectuadas en el informe GGG010 ya citado, en este capítulo del presente informe final de túneles se entregan consideraciones adicionales que apoyan la decisión allí tomada y propuesta para el proyecto.

Volviendo al tema de cuáles son los aspectos que fundamentalmente determinan la elección del sistema de túnel, es la seguridad de usuarios la que especialmente para túneles largos tiene una prioridad especial, tal como lo muestra el siguiente gráfico ilustrativo incluido en la Figura 6, el que se extrajo del informe GGG010 – Seguridad de Túneles. En túneles tan largos como los que forman parte del espectro de trazados seleccionados, especialmente la consecuencia de accidentes y las limitaciones a la posibilidad de acceso de las brigadas de rescate imponen grandes



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riesgos a las vidas de usuarios. Lo antedicho es válido básicamente para túneles con tránsito de trenes de pasajeros o trenes shuttle, pero también es un aspecto relevante para trenes de carga, dado que siempre habrá personal de servicio en los trenes.

Figura 6 – Seguridad en Túneles, función de la longitud y comparativamente a la de Tramos a Cielo Abierto – Valoración Cualitativa

Los aspectos determinantes en la selección del sistema de túnel son los siguientes:

1. Aspectos de Seguridad: se trata de la seguridad de usuarios en casos de emergencia, como lo pueden ser colisión o descarrilamiento de trenes, cualquier otro tipo de incidentes que puedan derivar en accidentes y básicamente incendios de trenes, siendo éstos los eventos de mayor riesgo de pérdida de vidas humanas y los más difíciles de prevenir y de contrarrestar, cuando suceden. Para este proyecto, los aspectos de seguridad son los que a nustro juicio determinan la elección del sistema del túnel de base, por lo que se incluirá un análisis sobre este aspecto más abajo en este capítulo.

2. Aspectos aerodinámicos: es éste también uno de los factores relevantes a la hora de decidir el sistema de túnel, si bien adquiere importancia básicamente para proyectos de ferrocarriles de alta velocidad, (con más de 250 km/h). Según cuál sea la forma y área transversal del túnel y si existe o no una operación con cruce de trenes a alta velocidad, es diferente la presión aerodinámica sobre las locomotoras de los trenes y, por ende, las condiciones de borde del diseño de éstas. El presente aspecto de análisis también incide en otras variables de operación, como lo son el consumo de energía por la fricción que se produce con la circulación del tren y el calentamiento de éste dentro del túnel. Para el presente proyecto, el aspecto de las presiones aerodinámicas por trenes en movimiento y sus efectos no adquiere relevancia, dado que las velocidades de los trenes en este proyecto no superarán los 120 km/h. El segundo aspecto, asociado con el posible calentamiento del ambiente en el túnel, sumado a la existencia de temperaturas elevadas a grandes profundidades debido al gradiente geotérmico natural de la tierra, tiene incidencia sobre el diseño del sistema de ventilación del túnel y, por lo tanto, prioritariamente sobre los costos del consumo de energía que éste ocasiona. Según lo evaluado en forma preliminar y tal como dicho en el informe GGG010 – Seguridad de Túneles,



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para túneles de baja altura del presente proyecto el aspecto de la ventilación durante operación normal del túnel puede ser abordado sin la provisión de ventilación artificial, debido a la gran diferencia de altura que existe entre los portales de acceso en cada uno de los dos países, determinando ésta una corriente de aire natural de gran caudal. Es así que se considera que los aspectos aerodinámicos no son determinantes para la propuesta del sistema de túnel a ser empleado en el proyecto de túneles de baja altura.

3. Aspectos operativos ferroviarios: dentro de este ámbito se cuentan aspectos relacionados directamente con la provisión de un servicio ferroviario en términos de objetivos del transporte ferroviario, los que en este proyecto particular en gran medida están asociados a la garantía de provisión de la capacidad de transporte de carga elevada. En función de la demanda del sistema ferroviario que se requiere a largo plazo no cabe duda que cualquier sistema de túnel propuesto tiene que proveer 2 trochas. Considerando que la demanda de carga se irá incrementando en forma paulatina, adquiere sentido la pregunta si se puede diferir parte del costo de inversión de obra civil inicial, construyendo sólo una trocha al principio e implementando sectores con vías de cruce con cierta separación. Esta estrategia resulta razonable para este proyecto y tiene un impacto elevado en los análisis de rentabilidad financiera, por lo que se han requerido proponer soluciones que permitan construir la obra civil en etapas, acompañando el crecimiento de la demanda de transporte de carga. Para un túnel de tubo simple y 2 trochas no existe la posibilidad de construcción en etapas del túnel de baja altura, lo que significa una desventaja importante con relación a esta necesidad estratégica. Para la alternativa de sistema de túnel con 2 tubos de trocha simple esta posibilidad sí está dada, por lo que, de resultar aceptable también en función de los de-más aspectos esta alternativa y siempre que desde un punto de vista de rentabilidad financiera la construcción en etapas resultara indispensable, un sistema de 2 túneles de trocha simple sería privilegiado.

Hay también otros aspectos de operación ferroviaria a ser tenidos en cuenta. En primer lugar, la necesidad de garantizar el cruce y el sobrepaso de trenes, tal como ya citado antes. En un túnel de dos trochas esto es más simple que en uno de dos tubos de trochas simples. No obstante, es usual construir túneles de cruce para la materialización de un desvío de cruce subterráneo o también aumentar el tamaño de uno de los túneles en un sector limitado para la instalación de 2 trochas, de modo que no es éste un tema que limite las condiciones de operación de un túnel de 2 tubos. En el caso de necesidad de sobrepaso de trenes de un tipo por otros de tipo diferente, que circulan a velocidad más elevada o que tienen prioridad por alguna razón especial, es igualmente posible implementar secciones de túneles de 3 trochas o dos túneles con 2 trochas o hasta un tercer túnel entre dos túneles principales, a fin de asegurar la posibilidad de sobrepaso.

Concluyendo, desde un punto de vista operativo, con cualquiera de los sistemas básicos de túnel aquí investigados se puede lograr la funcionalidad deseada, sin tener limitaciones en la capacidad de transporte, sí teniendo eventualmente niveles de costos de inversión diferentes. Sí se hace relevante



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la decisión de uno de los sistemas básicos de túnel a la hora de pretender efectuar una construcción por etapas, difiriendo costos al futuro.

4. Aspectos constructivo-geotécnicos: desde este punto de vista, es posible afirmar que existen diferencias significativas entre un sistema de túnel compuesto por un único túnel de 2 trochas y 2 túneles de trocha simple. La diferencia de diámetro entre un túnel de 2 trochas y uno de 1 trocha llega a ser de aproximadamente 3,5 a 4 m (aproximadamente 9 a 9,5 m para uno de 1 trocha y de hasta 13 m para uno de 2 trochas), lo que significa que el área de un túnel de 2 trochas puede ser de hasta el doble que uno de 1 trocha. Especialmente durante la excavación de un túnel, pero también en su condición definitiva, esta gran diferencia entre las características geométricas se traduce en condiciones de estabilidad en el macizo menos favorables, especialmente en el frente de la excavación, y esfuerzos mayores en los revestimientos estructurales que soportan la excavación subterránea. En condiciones geotécnicas complejas, como lo es especialmente el caso en este proyecto en el lado argentino del trazado, entre la Quebrada Navarro y Puente del Inca, con rocas muy blandas, gran riesgo de altas presiones hidrostáticas y elevados caudales de agua subterránea, existencia de grandes fallas con rocas muy blandas, sin ninguna duda es mucho más conveniente construir túneles de menor diámetro.

Lo dicho también es muy aplicable para la construcción de túneles con método mecanizado, es decir, máquinas tuneleras, sean éstas abiertas para roca dura o escudos, para rocas blandas o muy fragmentadas. No sólo el costo y los requerimientos tecnológicos de una máquina de diámetro tan grande como 13 o más metros es mucho mayor, sino que el rendimiento de avance promedio será más bajo, debiendo enfrentarse problemas geotécnicos en la excavación y fortificación mucho más complejos que con un diámetro menor a los 10 m.

Dentro de este ámbito debe tenerse en cuenta también otra problemática, nada simple a la hora de elegir y diseñar una máquina tunelera. La elevada tapada de los túneles, la que en el peor de los casos puede llegar a superar los 2200 m, es un factor que impondrá necesariamente deformaciones elásticas importantes del túnel excavado en el frente de excavación. Éstas generan un riesgo siempre presente de aprisonamiento de la máquina, el que es mayor, sin duda, cuanto más grande es el diámetro de la máquina. En rocas de gran dureza y poco fracturadas, altas tensiones primarias pueden determinar, después de efectuada la excavación, relajaciones repentinas de las deformaciones y energía almacenada en el macizo, ocasionando lo que se conoce como estallido de rocas. Nuevamente, cuanto mayor sea el diámetro, más notorio será este efecto dañino, cuyo control mediante medidas de prevención anticipadas u oportunas no es simple y siempre muy costoso.

Por todo lo antedicho, en lo que a este aspecto se refiere, la adopción de un sistema de 2 túneles simples es más conveniente.

5. Aspectos de confiabilidad del sistema de túnel: asegurar la confiabilidad de una gran obra de infraestructura como la presente, especialmente la de los



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túneles de baja altura, como obra central y de mayor nivel de costo específico, es muy importante. Esto significa que el presente proyecto no sería sustentable, si por un accidente fortuito pero no improbable se interrumpiera completamente la operación ferroviaria por un período suficientemente largo, como para desestimular a los usuarios a buscar otra alternativa de transporte, más allá de los daños económicos que un evento de esta naturaleza ocurriera. Específicamente con relación a túneles, un evento que podría determinar la interrupción forzada de la operación ferroviaria sería un incendio de grandes proporciones que destruya la infraestructura de sostenimiento del túnel. Con un sistema de túnel basado en un único túnel de 2 trochas, el riesgo en cuestión está dado, sin que éste pueda evitarse, excepto a través de medidas de prevención. No obstante, una vez ocurrido el incendio y producidos los daños, la única alternativa posible es la interrupción del servicio hasta la finalización de las obras de reparación. En cambio, si el sistema de túnel adoptado es el de 2 túneles de 1 trocha, el incendio en cuestión sólo podría afectar un único túnel, no interrumpiéndose por lo tanto la operación en forma completa y siendo posible la operación parcial hasta que la reparación haya sido completada. Como se verá en el punto 4.3 siguiente, para túneles muy largos se efectúa una división de éstos en sectores parciales, con posibilidades de cruce de un túnel a otro en los límites de cada sector, con lo cuál ni siquiera la trocha afectada por el incendio quedará interrumpida a lo largo de todo el túnel.

6. Operaciones de Mantenimiento: en un sistema de túnel doble con trocha simple por tubo es más simple materializar operaciones de mantenimiento, sin tantos riesgos, sin afectar el tránsito durante las operaciones de mantenimiento y sin necesidad de efectuar cortes completos del servicio para el caso de operaciones de reparación o reposición de más alcance.

De los aspectos analizados y dejando por el momento sin comentar el de seguridad de los usuarios en casos de emergencias dentro del túnel, podría concluirse que para las condiciones de este proyecto, el sistema de túnel que más ventajas ofrece es el de 2 túneles independientes de trocha simple, debidamente conectados entre sí a espacios regulares mediante sectores de cruce de una trocha a otra, a fin de permitir cruces y de poder operar cualquiera de los túneles en forma bidireccional, siempre que esto fuera necesario por las circunstancias. La única razón de peso que podría no favorecer este sistema podría ser el costo de inversión de obra de 2 túneles de 1 trocha frente al de 1 túnel de 2 trochas. Si bien este aspecto sí es un factor que en algunos proyectos ha sido el responsable para la adopción de una solución de túnel único, más allá de los inconvenientes ya citados en el punto 3 anterior que hacen poco atractiva la construcción de la obra en una única etapa, tampoco queda claro que con los mayores problemas geotécnicos que se deberían enfrentar para un túnel de tubo único, el costo de un túnel con un único tubo resulte más económico que uno doble.

Seguidamente se presenta una reflexión sobre aspectos de seguridad, los que apuntalan aún más la ventaja relativa de adopción de un sistema de dos túneles de trocha simple frente a la de uno con doble trocha.



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4.2 Reflexiones sobre la Incidencia de los Requerimientos de Seguridad sobre la Elección del Sistema de Túnel

Después de la ocurrencia de varios incendios catastróficos en túneles viales de gran longitud en Europa a fines del siglo pasado e inicios del presente, en Europa se constituyeron comisiones internacionales y multidisciplinarias que investigaron el tema de la seguridad en túneles, emitiendo directivas válidas para toda la Unión Europea. En el ámbito del tránsito vial, la directiva emitida en abril del 2004 se convirtió en una ley que en la actualidad es válida en todos los países de la Unión. Las normas nacionales deben acogerse a los requisitos de esta ley.

En el ámbito del tránsito ferroviario, las evaluaciones fueron desarrolladas por la “United Nations Economic Commission for Europe (UNECE)”, emitiéndose el 1° de Diciembre del 2003 un documento llamado “RECOMMENDATIONS OF THE MULTIDISCIPLINARY GROUP OF EXPERTS ON SAFETY IN TUNNELS (RAIL)”. El comité autor de estas recomendaciones propone a los países organizadores y miembros de la Unión la adopción de medidas de seguridad para el material rodante, la operación y la infraestructura de túneles nuevos, tal como establecido en la sección C del documento. Mediante éstas se pretende lograr la “armonización” de las diferentes directivas, normas y recomendaciones nacionales de los países miembros, dado que existen diferencias entre éstas. Los principios sobre los cuáles se basan las medidas de seguridad propuestas son las siguientes:

- prevención de accidentes, - mitigación de las consecuencias de accidentes, - mejora de las condiciones de escape y - de rescate en túneles.

Se destaca en el documento, que las medidas recomendadas se aplican a túneles de entre 1 y 15 km de longitud, indicando que para túneles de mayor longitud será necesario analizar con más detalle si estas medidas son suficientes o si es necesario complementarlas con otras adicionales. Se destaca también, que las recomendaciones emitidas por parte de la UIC a través del Código UIC 779-9 – “Seguridad en Túneles Ferroviarios” del año 2003 son “muy apropiadas”. Las presentes recomendaciones no tienen el carácter de ley para la Unión Europea.

Respecto del tema de provisión de seguridad a través de las obras de infraestructura, las recomendaciones antes citadas requieren la provisión de “vías de escape” para túneles a través de los cuáles circulan trenes de pasajeros. Con relación a la separación entre vías de escape, no se especifican requerimientos generales, remitiéndose a las normas o directivas nacionales de los países miembros. Sí se recomienda explícitamente que para túneles de 2 tubos con vías simples la máxima separación entre vías de escape no debe superar los 500 m, alineándose de esta manera con el Código UIC, tal como se describe más adelante.

Más allá de las recomendaciones respecto de seguridad en túneles ferroviarios antes citadas, la Unión Europea, a través de la Comisión Europea formada por parte de la Dirección General de Energía y Transporte, ha emitido una serie de recomendaciones, las que tienen por objeto asegurar la interoperatibilidad y armonización del sistema ferroviario europeo de alta velocidad / capacidad y convencional. Estas recomendaciones se promulgan por el Consejo del Parlamento



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Europeo y tienen carácter de ley para los países que componen la Unión. Son 3 las recomendaciones que fueron emitidas en los últimos años, a saber:

• Recomendación 96/48/EG del Parlamento Europeo y de su Consejo, del 23 de Julio de 1996, con relación a la Interoperatibilidad del sistema ferroviario de alta velocidad / capacidad transeuropeo

• Recomendación 2001/16/EG del Parlamento Europeo y de su Consejo, del 19 de Marzo de 2001, con relación a la Interoperatibilidad del sistema ferroviario convencional

• Recomendación 2004/50/EG del Parlamento Europeo y de su Consejo, del 29 de Abril de 2004 para la revisión de la Recomendación 96/48/EG con relación a la Interoperatibilidad del sistema ferroviario de alta velocidad / capacidad transeuropeo y de la Recomendación 2001/16/EG con relación a la Interoperatibilidad del sistema ferroviario convencional.

Como el título mismo de las recomendaciones lo indica, éstas tienen como objeto garantizar que el parque rodante de los diferentes países integrantes pueda operar en toda la red europea y que, con el tiempo y a través de sucesivas etapas de ajuste, los sistemas y normas de los países integrantes se ajusten a una normativa general uniforme.

Con referencia al tema de la provisión de medidas de seguridad en túneles ferroviarios, siempre dentro del ámbito de la "infraestructura de la obra", las citadas recomendaciones no entregan requerimientos o lineamientos propios, sino que se remiten a declarar que éstos tendrán que respetar los requerimientos establecidos en la normativa de cada país integrante de la Unión Europea. Las recomendaciones que en tal sentido han sido emitidas por parte de la Unión Europea son las antes citadas de la UNECE.

Con relación a túneles de gran longitud, la recomendación 96/48/EG establece, como principio reconocido generalmente como válido en las normas nacionales de los diferentes países, que en caso de ocurrencia de un incendio dentro de un tren, éste debe poder circular por un período mínimo de 15 minutos a una velocidad de 80 km/h antes que el incendio inhiba la marcha del tren. El resto de las medidas que deben ser implementadas en los túneles con relación a la garantía de la seguridad de pasajeros y carga transportada quedan sujetas a las disposiciones que las normas nacionales de los países establecen en forma particular. El requerimiento antes citado tiene por objeto prioritario garantizar la posibilidad que un tren, en el que se haya producido un incendio, pueda circular hasta un sitio "seguro", en dónde los pasajeros puedan abandonarlo y brigadas de rescate atacar el fuego.

Sobre la base de este requerimiento, automáticamente surge el concepto de "túnel corto" y "túnel largo", siendo el primero uno en dónde el tren puede abandonarlo, teniendo por lo tanto una longitud no mayor a los 20 km, mientras que el segundo es un túnel que tiene más de 20 km de longitud, haciéndose necesario en éste la implementación de "estaciones subterráneas" para el escape de los usuarios y la materialización del combate del incendio en el tren. Los 20 km antes citados son una distancia límite, la que en la práctica es asumida más baja.



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No por requerirse que los trenes y, en general, los sistemas de control, seguridad y combate de incendio del túnel deban diseñarse para el criterio de circulación de un tren incendiado durante 15 minutos hasta llegar a un lugar especial, las normas desconocen la realidad que siempre existe la probabilidad que un tren se quede parado dentro del túnel, en cualquier sector, propagándose el incendio en él sin posibilidad de implementar un combate inmediato del incendio y sin que los usuarios del tren puedan escapar en forma inmediata. Para estas situaciones de riesgo frente a un incendio las normas nacionales de cada país, como también otras normas internacionales, como la UIC, establecen requerimientos especiales, los que, en general, especialmente en túneles de gran longitud y alta cobertura, determinan la necesidad de construir dos tubos unidireccionales paralelos, en lugar de uno de doble vía.

En esencia, para cualquiera de las normas específicas que tratan el tema de la seguridad de usuarios dentro de túneles, se parte de un concepto clave con relación a la acción que se debe emprender en caso de ocurrencia de un incendio. Este concepto es el de "self rescue" de los pasajeros, o salvataje propio, como traducción literal, significando esto que los usuarios deben "escapar" del sitio del incendio, por propios medios, a un sitio "seguro", dentro o fuera del túnel. Ninguno de los usuarios debe emprender acciones de combate del incendio ni quedarse en un sitio cercano a éste. El combate del incendio, dondequiera que éste se produzca, es una responsabilidad de brigadas especiales entrenadas para este fin.

Dentro de este concepto de escape y de garantía para los pasajeros de poder llegar a un lugar suficientemente seguro, en el que no existan posibilidades de influencia del incendio y para el que la provisión de aire fresco esté asegurada, especialmente para túneles con alta cobertura, en dónde es complejo, imposible o muy costoso hacer vías de escape al exterior, surge casi automáticamente el concepto de materializar el túnel a través de 2 tubos, siendo uno la vía de escape para el otro, dado que es casi imposible que al mismo tiempo se produzcan incendios en ambos túneles. En túneles con baja cobertura o túneles " de ladera", en dónde es relativamente simple hacer galerías tipo ventanas al exterior, sí es posible proveer las vías de escape a través de este tipo de galerías, sin que los costos se vuelvan desproporcionados. Para esos casos es entonces posible emplear túneles de tubo simple con 2 vías.

Seguidamente listamos algunas recomendaciones específicas de normas internacionales y locales, relacionadas con el tema en cuestión.

1. Según Código UIC 779-9 – “Seguridad en Túneles Ferroviarios”, año 2003;

Los requerimientos no son específicos, como se puede interpretar. El código se orienta al tránsito ferroviario europeo, aplicándose a túneles de longitud > 1 km, tránsito ferroviario mixto (pasajeros y carga) y frecuencia de hasta 200 trenes / día. Los aspectos de seguridad analizados y recomendaciones emitidas abarcan las áreas de obras de infraestructura, la operación y el material rodante.

Desde un punto de vista conceptual, en ningún caso se habla de requerimientos de 1 ó 2 tubos. Los requerimientos son más generales, focalizándose en los siguientes criterios y conceptos:



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Para túneles de distancia < 15 km, estrategia de combate de incendio fuera del túnel tren debería continuar la marcha aún incendiado

En general, independientemente de la distancia, provisión de la posibilidad de escape a “sitios seguros” para los usuarios (no afectados por un incendio o el humo de éste), cuya separación debe ser < 1000 m (distancia a recorrer < 500 m)

En el caso particular de un túnel con 2 tubos de tránsito unidireccional (el código estimula este tipo de construcción, pero recomienda que la decisión sea basada en un análisis de costos), se sugiere (bastante taxativamente) en proveer galerías de interconexión con separación < 500 m (porque el costo de inversión de obra de éstas es proporcionalmente reducido).

2. Según Recomendación OBFV-RL A-12 “Construcción y Operación de Nuevos Túneles Ferroviarios para Vías Principales y Secundarias – Requerimientos para la Protección en caso de Catástrofes e Incendios” de la Asociación de Bomberos Profesionales de Austria, del año 2000;

Las recomendaciones de esta asociación se basan en el mismo principio arriba citado en el Código UIC, es decir, el de la provisión de “sitios seguros” hacia los que pueden escapar por sus propios medios los pasajeros en caso de incendio. La diferencia con el ciado código es que independientemente del tipo de túnel y costos que puedan estar involucrados, se requiere que la distancia máxima de escape al “sitio seguro” no debe superar los 250 m, significando esto que la separación entre vías de escape debe ser < 500 m.

3. Según Directiva DS-853 – DB-NETZ “Proyecto, Construcción y Mantenimiento de Túneles Ferroviarios”, Año 2003; (Richtlinie Eisenbahntunnel planen, bauen und instand halten DS 853);

La presente norma alemana para el diseño de túneles ferroviarios establece taxativamente, que túneles ferroviarios deben diseñarse con tubos de vía simple, dejando lugar a la implementación de túneles de doble vía, sólo si se cumplen ciertas condiciones particulares de seguridad ante incendios y otras emergencias, es decir, siempre que a través de análisis de riesgo se pueda demostrar que éstos son suficientemente seguros. Con relación a la separación entre "sitios seguros" dentro del túnel, la norma requiere una distancia máxima de 600 m.

Como conclusión general de lo expuesto en función del presente tema de la seguridad de usuarios y teniendo en cuenta los requerimientos de transporte del sistema ferroviario impuestos por parte del estudio de demanda de transporte de carga que se impone para el proyecto de obra civil y ferroviaria de este proyecto, puede señalarse que siempre que se operen los túneles de baja altura de cualquiera de las alternativas del proyecto en estudio con trenes de pasajeros, es necesario implementar una solución de 2 túneles. Existen dos alternativas posibles: dos túneles ferroviarios de vía simple o 1 túnel ferroviario de doble vía + 1 túnel paralelo de escape. La primera de las dos soluciones es la más favorable, especialmente por las razones ya analizadas en el punto 4.1 anterior.



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Finalizando este punto se hace una reseña de las características de obras de túneles ferroviarios de gran longitud similares a las que se proponen como parte de este proyecto.

- Túnel San Gotardo, Suiza - Italia, 57 km de longitud, 2 tubos, galerías de conexión c/325 m

- Túnel Brennero, Austria - Italia, 54 km, 2 tubos, galerías de conexión c/333 m - Túnel Lötschberg, Suiza, aprox. 35 km,2 tubos (2º tubo, construido en forma

diferida, por tercios), galerías de conexión c/333 m - Túnel Lyon - Torino, Francia - Italia, aprox. 53 km, 2 tubos, galería de conexión

c/400 m - Túnel del Canal de la Mancha, aprox,. 50 km, 2 tubos, galerías de conexión

c/375 m - Túnel Guararrama, España, 28,4 km, 2 tubos, galerías de conexión c/250 m Puede apreciarse que en todas estas obras se ha optado por un sistema de túnel compuesto por 2 túneles de 1 trocha de tránsito unidireccional, tal como se propone en este informe para los túneles de baja altura parte del presente proyecto.

4.3 Solución de Sistema de Túnel propuesta

La solución de sistema de túnel propuesta es la de 2 túneles de trocha simple, con la implementación de obras subterráneas adicionales necesarias para cumplir con las normas citadas en el punto 4.2 anterior y otorgar la funcionalidad operativa necesaria. Las obras subterráneas a las que se hace alusión son las que a nivel general se han establecido en el Informe GGG010 – Seguridad de Túneles y las que se describen en forma más detallada en el capítulo 6 de este informe.

Las obras subterráneas accesorias al sistema de túnel propuesto son las que seguidamente se listan:

1. Galerías de conexión peatonales entre túneles principales: cumpliendo con la normativa ya citada, siempre que exista una emergencia y que los trenes no puedan llegar a las estaciones de rescate subterráneas especialmente previstas o al exterior del túnel, estas galerías permitirán a los usuarios escapar de uno de los túneles al otro; las características de las galerías se detallan más adelante;

2. Estaciones multifuncionales: son obras subterráneas cuya finalidad prioritaria es la de permitir la evacuación de los usuarios de trenes que están en emergencia y que continúan el trayecto por el lapso mínimo de 15 minutos requerido por las normas para llegar a un lugar seguro en dónde permitir el abandono de los pasajeros y personal de servicio. Adicionalmente, en estas estaciones se prevé el ataque del tren, cuando éste está incendiado y el ingreso de brigadas especiales de ataque del incendio y rescate de las personas. Por otra parte, parte del complejo subterráneo que se ha propuesto para cada una de las estaciones incluye túneles de cruce de un tubo a otro, cavernas para la implementación de equipamiento electromecánico y otras obras de servicio. Asimismo, por razones de conveniencia constructiva y de programación de las obras de construcción a las estaciones subterráneas se ha decidido conectar las galerías o pozos de acceso intermedio para el inicio de la construcción de los túneles, las que luego se convertirán en accesos para mantenimiento y



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situaciones de emergencia. En los túneles de baja altura de las alternativas A10 y A14 se prevé una única de estas estaciones, mientras que en los asociados a las alternativas A5 y A8 son 2 las estaciones propuestas.

3. Obras de ventilación: se trata de galerías, pozos, chimeneas y cavernas que se requieren básicamente para la ventilación de emergencia en situaciones con incendio y también para eventuales situaciones de operación y para el aprovisionamiento de aire a instalaciones o equipamiento subterráneos.

4. Otras Obras subterráneas para la operación y mantenimiento: son básicamente cavernas, nichos, pozos, galerías u otras obras para la operación de los túneles. En forma limitada se hará mención también de estas obras en el capítulo 6 de este informe.



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5 ANÁLISIS GEOTÉCNICO DE TÚNELES DE BAJA ALTURA

5.1 Generalidades

Como parte de esta primera etapa de Estudio de Factibilidad se efectuó una primera caracterización geotécnica muy preliminar de las obras subterráneas. Ésta tiene por objeto diferenciar desde un punto de vista del grado de complejidad de construcción, de rigidez de la fortificación temporal y definitiva, como también de la perspectiva de costos y plazos de construcción sectores de túnel y otras obras subterráneas entre sí. A través de esta diferenciación es posible no sólo tener mejor identificados los sectores en dónde se pronostican condiciones constructivas más difíciles, vale decir, comportamientos del macizo más desfavorables, sino también la información necesaria para poder estimar con más precisión costos de inversión de obra y plazos de construcción de cada alternativa de túnel de baja altura en análisis a lo largo de esta etapa de estudio.

Adicionalmente a la caracterización geotécnica, sobre la base de la cuál se hizo posteriormente el análisis de costos de construcción, también se desarrolló una evaluación de riesgos geotécnicos y constructivos para cada alternativa de túnel de baja altura. Con el primer análisis, basado en rangos de costos estadísticos de construcción de diferentes tipos de obras subterráneas que forman parte de un proyecto de túnel de baja altura alpino, como lo es el proyecto de túnel de base del Brennero (Brenner Basis Tunnel, emplazado entre Austria e Italia), para los que se discriminaron los mismos tipos de clases geotécnicas que para el presente proyecto, se obtuvo un rango de costos de construcción de la obra civil asociado a cada alternativa de túnel. Con el segundo análisis, específicamente focalizado en el costo de construcción asociado a la ocurrencia de riesgos geotécnicos durante la construcción y otros problemas de tipo constructivo, se obtuvo para cada alternativa de túnel de baja altura un incremento de costos de inversión y de plazo de construcción directamente asociado a la presencia de los riesgos.

Cotejando el rango de variación de costos totales de inversión de obra civil obtenido entre los valores mínimo y máximo, tal como resultantes a través del primer análisis basado en la experiencia previa, y el segundo, basado en la estimación cuantitativa de los costos asociados a medidas constructivas especiales necesarias para vencer las dificultades geotécnicas pronosticadas a lo largo del trazado de cada uno de los túneles en estudio, tal como presentado en el siguiente punto de este informe, fue posible confirmar que a través de ambos métodos de aproximación la incertidumbre de costos de inversión de obra civil de los túneles de baja altura en estudio se mantiene dentro de un rango porcentual semejante, siendo éste de aproximadamente 20%. Lo dicho aquí se constata al final del capítulo 9 “Estimación de Costos” de este informe.

5.2 Clasificación del Macizo en Calidades Geotécnicas

En el Capítulo 10 - “Tipos de Comportamiento del Macizo Rocoso” del Informe GGG019 – Informe Final Geológico Geotécnico e Hidrogeológico del presente Estudio de Factibilidad se definieron, tal como lo dice el nombre del capítulo, 4 tipos de comportamiento del macizo rocoso (o también, clases geotécnicas), los que, dada las limitaciones de alcance de esta primera etapa de factibilidad y la realidad de no



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tener información de los macizos a través de exploraciones subsuperficiales, son aún suficientemente justificables.

Tal como presentado en el antes citado informe, los “tipos de comportamiento” del macizo rocoso pronosticados para el presente proyecto son los siguientes:

• 1 – Estable • 2 – Estable con potencial de caída de bloques/cuñas controlados por

discontinuidades • 3 – Falla del macizo por corte, poco profunda • 4 – Falla del macizo por corte, profunda • 5 – Estallido de roca • 6 – Falla por pandeo • (localmente: 7 – Falla del macizo por corte, con baja presión de

confinamiento) • (localmente: 8 – Subsuelo que se desgrana) • (localmente: 9 – Subsuelo que fluye) • 10 – Expansión del subsuelo • 11 – Macizo heterogéneo, con características de deformación muy

cambiantes Las categorías arriba consideradas se alínean con las recomendaciones del Grupo de Trabajo “Tuneleado Convencional” de la Sociedad Austríaca de Geomecánica, representando en este caso todo un abanico de diferentes comportamientos que se presentarán a lo largo de los túneles principales y obras subterráneas que forman parte del túnel de baja altura, tanto porque se está en presencia de una gran variedad de formaciones y rocas de comportamiento diferentes, como también, porque las obras subterráneas estarán sometidas en cada sector particular a diferentes factores de influencia, tales como estado primario de tensiones, existencia de agua subterránea y metodología y secuencia constructiva particular.

Dentro del grado de conocimiento que se tiene actualmente de las condiciones geotécnicas, es razonable reducir los antes citados tipos de comportamiento básicos a sólo aquellos que son dominantes y, al mismo tiempo, identificables al presente, sin demasiado nivel de especulación. De esta forma, tal como ya presentado en el informe GGG019 antes mencionado, la clasificación geotécnica del macizo para las obras subterráneas en general se efectuó sobre la base de sólo 4 tipos de comportamiento o “calidades de macizo” globales.

Seguidamente, éstas se vuelven a presentar, incluyéndose también los criterios que se adoptaron para asignar los tipos de macizos rocosos (TMR, según definidos en el informe GGG019) a las 4 calidades de macizo empleadas luego para la estimación de costos y rendimientos de avance de las obras subterráneas.

• Calidad de macizo C 1, incluyendo los tipos de comportamientos 1, 2 y 5 de la Recomendación Austríaca, vale decir, tipos de comportamiento estables hasta aquellos, con desprendimientos locales de cuñas de roca, sin que el macizo sufra daños profundos, ni que se produzcan grandes deformaciones. Dentro de esta clase también se incluyó el así llamado “estallido de rocas”, vale decir, el comportamiento que sufren rocas muy duras sometidas a



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elevadas tensiones primarias, que son liberadas repentinamente durante la excavación de las obras subterráneas.

La asignación de rocas a esta calidad de macizo se efectuó de la siguiente manera:

Rocas duras, con resistencia a la compresión del macizo estimada > 25 Mpa y un rango de cobertura de hasta mínimo 1000 m, hasta superando los 2.000 m, cuando los macizos superan los 50 Mpa de resistencia a la compresión;

Rocas medianamente duras, con resistencia a la compresión estimada entre los 5 y 25 Mpa, para rangos de cobertura entre 250 y 1000 m, según sea la resistencia;

• Calidad de macizo C 2, incluyendo los tipos de comportamientos 3 y 11 de la Recomendación Austríaca, vale decir, tipos de comportamiento moderadamente estables, en dónde al excavarse el macizo se producen fallas de corte poco profundas, las que requieren de fortificación sistemática, y sectores de macizo de características heterogéneas, con condiciones cambiantes de dureza y deformabilidad durante la excavación.


Rocas duras, con resistencia a la compresión del macizo estimada > 25 Mpa y un rango de cobertura a partir de los 1000 m o mayor que 2.000 m, cuando los macizos superan los 50 Mpa de resistencia a la compresión;

Rocas medianamente duras, con resistencia a la compresión estimada entre los 5 y 25 Mpa, para rangos de cobertura que superan los 250 a 1000 m, según sea la resistencia, hasta los 500 a 2000 m aproximadamente, para cada uno de los dos valores límites del rango;

Rocas blandas, con resistencia a la compresión inferior a estimativamente 5 Mpa, con coberturas hasta aproximadamente 300 - 400 m.

• Calidad de macizo C 3, incluyendo los tipos de comportamientos 4 y 6 de la Recomendación Austríaca, vale decir, sectores de macizo que fallan por ser superados en su resistencia al corte y plastifican, deformándose extensamente. En general, este comportamiento estará asociado a rocas blandas con mediana a alta cobertura, a rocas de mediana dureza con alta cobertura y a zonas de falla de cierta magnitud.


• Rocas medianamente duras, con resistencia a la compresión del macizo estimadas entre los 5 y 25 Mpa y un rango de cobertura a partir de los 500 m hasta superando los 2.000 m, según el valor de resistencia a la compresión del macizo;



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• Rocas blandas, con resistencia a la compresión estimada inferior a los 5 Mpa, para rangos de cobertura que superan los 300 a 400 m, aproximadamente;

• En general sectores de fallas mayores de mala calidad geotécnica, prácticamente en forma independiente del rango de cobertura.

• Calidad de macizo C 4, correspondiente al tipo de comportamiento 10 de la Recomendación Austríaca, vale decir, macizos que muestren un comportamiento de deformación reológico a largo plazo, con el riesgo de producir sobre las estructuras subterráneas grandes presiones, producto del aumento de volumen del subsuelo. Dentro de este grupo se consideraron las rocas que tienen un potencial comportamiento expansivo, como lo son la anhidrita, parte de la formación Auquilco, o lutitas, que formarían parte de la Formación Cristo Redentor. El comportamiento expansivo de los macizos no se vincula a priori con la cobertura, hasta no tener más información sobre las rocas y su comportamiento real.

En los cortes geológicos que se anexan al Informe Final Geológico Geotécnico e Hidrogeológico GGG019 (Anexo 11) se ilustra el resultado de la asignación de calidades de macizo a las alternativas de túneles de baja altura en estudio. La forma de hacerlo es tomando sectores homogéneos y distribuyendo las calidades C1 a C4, según aplicables, en forma porcentual a lo largo del sector.

Más discriminación acerca de este tema no es justificable en este estadio de avance del proyecto y las investigaciones geológicas.

5.3 Análisis de Situaciones de Riesgo Geotécnico e Hidrogeológico en las Obras Subterráneas

5.3.1 Generalidades

El objetivo del presente análisis es hacer un pronóstico de los riesgos geológico-geotécnicos e hidrogeológicos que pueden ocurrir durante la excavación y fortificación de los túneles de baja altura, expresándolos en términos monetarios y de variación del plazo de construcción. La estimación de estos dos parámetros, es decir, una variación en los costos de inversión de obra y una modificación de los plazos de construcción de los túneles de baja altura es relevante dentro del alcance de un Estudio de Factibilidad, dado que pueden incidir significativamente en los análisis financieros y ponderar los resultados que en términos absolutos se obtengan en ambas categorías.

Para la ejecución del presente análisis de riesgos se definió un conjunto de parámetros de riesgo relevantes, debidamente estructurados. Sólo se evaluaron eventos de riesgo cuya probabilidad de ocurrencia a lo largo del trazado de los túneles pudieron estimarse con algún grado de justificación.

Los análisis de eventos de riesgo y su consecuencia se efectuaron tanto para la construcción convencional, como para la mecanizada.



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5.3.2 Modalidad de Cálculo

El presente análisis de riesgos se basa en la definición científica de lo que es un riesgo, tal como seguidamente descrito:

R = P . D

Con:

R: riesgo P: probabilidad de ocurrencia D: daño

Los términos empleados se definen de la siguiente forma:

Riesgo: Potencial de modificación frente a una decisión tomada con ciertos fundamentos, evaluado sobre la base de ciertos parámetros prefijados, tomados como objetivos del análisis (tal como, por ejemplo, costos, tiempo, calidad, etc.). En el presente caso, los riesgos que se investigarán son aquellos eventos que pueden modificar la estimación de plazos y costos de construcción de la obra civil de túneles, la que fue hecha sobre la base de valores experimentales Probabilidad de ocurrencia: Probabilidad que se produzca una cierto cambio con relación a un resultado esperado / calculado. La probabilidad de ocurrencia se expresó tal como descripto a través de la tabla Daño: Efecto del cambio en análisis con relación a los parámetros objetivo prefijados (costo, plazo, calidad, etc.). En particular, en este análisis se tomaron como parámetros objetivo el costo y plazo de construcción

5.3.3 Eventos de Riesgo considerados

En primer lugar se efectuó un listado general de eventos de riesgo, la mayoría de ellos asociados a eventos de tipo geológico-geotécnico o hidrogeológico durante la excavación de los túneles. La siguiente Figura 7 ilustra esta lista, incluyendo también las consecuencias básicas que los eventos tienen.



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No Eventos de Riesgo Generales Consecuencias para la construcción de túneles

H3 infiltraciones de agua subterránea / alta presión

H4 infiltraciones de agua subterránea / altos caudales

genera atrasos en la construcción; necesidad de implementación de medidas costosas para drenaje / evacuación del agua e impermeabilización del túnel

H5 ingreso intempestivo de agua a elevada temperatura, >50°C

necesidad de implementación de medidas anticipadas de captación y de evacuación del agua, para evitar daños en personal de obra

H6 precipitación de carbonato de calcio (CaCO3) y yeso (CaSO4)

concreción en las tuberías de drenaje, con riesgos de obstrucción de éstas

H7 aguas subterráneas agresivas para el hormigón (alto contenido de CO2, pH, SO4)

necesidad de uso de una dosificación especial

H8 aguas subterráneas agresivas para el acero (alto contenido de cloruros)

acelera la corrosión de estructuras e instalaciones de acero, comprometiendo su vida útil

H9 fallas principales mayores Se requiere la instalación de amplias medidas de soporte; posibilidad de falla de frente, clave y paredes laterales

H10 estallido de roca daños en el soporte del túnel y equipamiento de obra; peligro para el personal de obra

H11 macizo rocoso con comportamiento plástico necesidad de implementación de medidas de soporte de gran envergadura, riesgo de aprisonamiento de la TBM, atrasos en la construcción

H12 macizo rocoso expansivo necesidad de implementación de soporte de gran capacidad portante y ev. medidas especiales para

permitir la expansión; levantamiento de solera, acción permanente de altas tensiones sobre el revestimiento

H13 macizo rocoso heterogéneo dificultades para la excavación e implementación de las medidas de soporte

H14 ocurrencia de gases tóxicos (H2S, CO2) peligro para el personal, necesidad de incremento de la capacidad de ventilación durante la construcción

H15 ocurrencia de gases radioactivos (radon) peligro para el personal, necesidad de incremento de la capacidad de ventilación durante la construcción

H16 cavidades en el macizo rocoso del tipo yeso y rocas calcáreas (ingreso de agua / barro)

genera atrasos en la construcción, necesidad de cambios locales del método de construcción, drenaje de agua subterránea y medidas de impermeabilización

H17 disolución de yesos y de rocas calcáreas asentamientos del túnel, medidas adicionales especiales

H18 movimientos de deslizamiento / reológicos a lo largo de fallas principales

daño y reparación del revestimiento del túnel

H19 orientación anormal del campo de tensiones principales en el macizo

necesidad de implementación de medidas de sostenimiento adicionales

H20 incertidumbre de modelo geológico (situación tectónica y arquitect.hidrogeológica compleja)

selección de métodos de excavación, de tratamiento del macizo y de sostenimiento de éste inadecuados

Figura 7 – Listado de Eventos de Riesgo Geológico-geotécnicos e Hidrogeológicos Generales para Túneles



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Los 3 eventos de riesgo H6, H7 y H8 resaltados con color no están relacionados con la construcción, sino con efectos nocivos actuantes sobre las obras civiles a largo plazo. Por el momento, ante la falta de información sobre estos eventos, no fueron considerados en los análisis.

5.3.4 Clasificación y detalle de Eventos de Riesgo Particulares

Sobre la base de los eventos de riesgo generales presentados en la Figura 7 anterior se definieron eventos de riesgo particulares, los que fueron clasificados en 3 capítulos diferentes, según el ámbito en que pueden suceder durante la construcción. Junto a cada evento de riesgo particular se ha incluido una breve descripción de las medidas de mitigación o reparación, sobre la base de las cuáles se estimó el aumento de plazo y costo de inversión de obra.

a) Capítulo 1 - Estabilidad del Macizo Rocoso (Ver tabla “Anexo 1_Cap 1”)

Debido al comportamiento diferencial asociado a ambos métodos constructivos en estudio se efectuó la siguiente diferenciación:

• Inestabilidad local, limitada, tal como lo es la caída de cuñas de la bóveda o hastiales, con volúmenes de hasta 5 m3; este evento se traduce en la necesidad de instalación de medidas de soporte adicionales y en una reducción del rendimiento de avance.

• Inestabilidad local, de mayor envergadura, tal como lo es la caída de cuñas de la bóveda o hastiales, con volúmenes de hasta 20 m3; este evento se traduce en la necesidad de instalación de medidas de soporte adicionales y en una reducción del rendimiento de avance.

• Inestabilidad local del frente de excavación (volumen < 20 m3); las consecuencias del evento de riesgo son similares a las de los dos eventos anteriores.

• Inestabilidad más generalizada, tal como lo son colapsos parciales (orden de magnitud 500 m3), o colapsos totales, con generación de chimeneas hasta la superficie, incluyendo también colapsos del frente de excavación de mayor alcance. En este caso, las consecuencias del evento son la interrupción de la excavación, la necesidad de estabilización del túnel, la posterior necesidad de implementación de nuevas medidas de fortificación y, finalmente, una reducción en el rendimiento de avance.

• Deformaciones del macizo excesivas, mayores a las pronosticadas y para las que se previó medidas en el túnel; este evento determina una reducción de la longitud de excavación, con la consiguiente merma del rendimiento de avance, pero también la necesidad de ejecución de un reperfilado de la cavidad y la implementación de medidas de fortificación complementarias.

b) Capítulo 2 – Excavación y Soporte del Macizo (Ver tabla “Anexo 1_Cap 2”)

subdivididos en los siguientes eventos de riesgo:

• Zonas de falla principales o macizos de comportamiento plástico; la forma de considerar las consecuencias de este tipo de situaciones de riesgo es a través de la implementación de medidas de remediación, como lo son el reperfilado del



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túnel y la implementación de soporte adicional, con la consiguiente reducción en el rendimiento de avance en el sector respectivo.

• Estallido de Rocas; las medidas contempladas para este fenómeno geotécnico son la implementación de medidas de protección para el personal de obra, como los costos y plazos asociados a la reparación de equipos de obra y fortificación del túnel dañada.

• Macizo rocoso heterogéneo; la consecuencia de este evento de riesgo se tradujo directamente en la reducción de la velocidad de excavación de los frentes de avance.

• Cavidades cársticas en los macizos en yeso y rocas calcáreas (ingreso de agua/barro); las medidas que se tomaron en cuenta para este evento es la necesidad de relleno de las cavidades, anticipadamente a la excavación y fortificación del macizo, con el respectivo plazo y costo asociado.

• Falla mecánica de algún elemento clave del equipamiento de obra; se tuvo en cuenta este evento a través de costos y plazos adicionales asociados a la reparación del equipo en cuestión.

• Falla mecánica de componente relevante de la máquina tunelera (p. ej., cojinete principal, cabezal de corte, sistema hidráulico de propulsión); en forma similar al aspecto anterior, se consideró en este caso el costo y plazo adicional asociado al reemplazo del componente respectivo.

• Avance de máquina tunelera en sector de falla / macizo blando y condiciones de frente mixto (mordazas no pueden transferir las fuerzas de reacción de la propulsión); por las consecuencias que este evento de riesgo tiene, las medidas que se requieren se asimilan dentro del primero de los eventos de riesgo de este capítulo (zonas de fallas principales o macizos de comportamiento plástico).

• Desvío de las clases geotécnicas / tipos de comportamiento pronosticados, con la necesidad de ajuste de fortificación; por el momento, este riesgo no se considera, asumiéndose que está implícitamente incluido en la estimación de costos y plazos de construcción efectuada como presentado en el capítulo 9 de este informe y en el resto de los eventos de riesgo abordados en este capítulo.

• Orientación anormal de las tensiones principales (no se considera, en esta fase de análisis, por falta de información)

• Incremento en el desgaste de los discos de corte de la máquina tunelera por alto grado de abrasividad de la roca y por las elevadas fuerzas de propulsión en roca de gran dureza (no se tiene en cuenta en esta fase de análisis, por ser considerado un aspecto sobre el que se puede influir con el diseño de la máquina)

• Desgaste del cojinete principal de la máquina tunelera y de otros componentes mecánicos de ésta debido a las altas fuerzas de propulsión en roca de gran dureza (no se tiene en cuenta en esta fase de análisis, por ser considerado un aspecto sobre el que se puede influir con el diseño de la máquina)

• Eficiencia de las herramientas de corte debido a la existencia de macizo blando / pegajoso, empastando el cabezal; problemas de extracción de la marina bajo condiciones de frente mixto o rocas blandas y pegajosas (no se tiene en cuenta



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en esta fase de análisis, por ser considerado un aspecto sobre el que se puede influir con el diseño de la máquina)

c) Capítulo 3 – Otros Impedimentos (Ver tabla “Anexo 1_Cap 3”)

subdivididos en los siguientes eventos de riesgo:

• Perjuicios, tales como ingreso imprevisto / intempestivo de agua subterránea en el frente de excavación; este tipo de eventos de riesgo en general requieren de la implementación de inyecciones para la impermeabilización anticipada y la mejora del sistema de evacuación de agua a través de la ampliación de canales y cañerías. Se considera también un costo por reparación y reposición de equipos menores y la interrupción del avance hasta terminación de las inyecciones y la implementación de las mejoras del sistema de drenaje.

• Presencia de gases tóxicos (H2S, CO2) o gases radiactivos (radón); se requiere un monitoreo en el frente, medidas de protección del personal y eventualmente perforaciones anticipadas, para la verificación anticipada de este riesgo, siempre que puedan presentarse altas concentraciones. Como estos eventos de riesgo no son de alta probabilidad y no se tiene información, en esta etapa se desconsideran en la estimación de costos y plazos adicionales.

• Dificultades, como por ejemplo la presencia frecuente y no previsible de bloques de roca duros en sectores de roca más blandos; en líneas generales, se asume que para la construcción convencional este evento de riesgo se traduce en la necesidad de desintegración cuidadosa en el frente de grandes clastos de roca mediante métodos especiales, mientras que en la construcción mecanizada se requeriría bien del ingreso de personal al frente o de la ejecución de inyecciones del sector, para consolidar el clasto en la matriz de terreno y poder así desintegrarlo con la misma máquina tunelera.

• Ingreso intempestivo de agua a elevada temperatura > 50°C; este evento se traduciría en la necesidad de mejora del sistema de drenaje y en la imple-mentación de inyecciones de impermeabilización, para evitar el contacto del agua caliente con personal y equipamiento de obra, redundando estas medidas en una interrupción de la excavación.

En la tabla de la Figura 8 siguiente se entrega un resumen de los eventos de riesgo, separados éstos por capítulo, incluyendo una descripción de las condiciones geológico-geotécnicas o hidrogeológicas asociadas y una indicación del método constructivo para el que se aplica. Además, se hace referencia al evento de riesgo general aplicable. Eventos escritos en gris son los que en este análisis fueron tenidos en cuenta a través de otros o desconsiderados, por los motivos ya citados .



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No Ref. a Evento

de Riesgo

Evento CONVEN-CIONAL

TBM

1 ESTABILIDAD DEL TERRENO 1.1 Caída de cuñas en bóveda y hastiales < 5 m³

fallas locales y sobreexcavación asociada a discontinuidades en roca altamente meteorizada y fracturada

SI SI

1.2 Caída de cuñas en bóveda y hastiales < 20 m³ fallas locales y sobreexcavación asociada a discontinuidades en roca altamente meteorizada y fracturada

SI SI

1.3 Inestabilidad local del frente < 20 m³ fallas locales y sobreexcavación asociada a discontinuidades en roca altamente meteorizada y fracturada

SI SI

1.4 Deformaciones del macizo excesivas convergencias mayores a las esperadas, con la necesidad de reperfilado y/o soporte adicional

SI SI

1.5 Inestabilidades mayores / colapsos parciales > 500 m³ marina / macizo llena parcial o totalmente la sección transversal del túnel

SI SI

2 EXCAVACIÓN Y SOPORTE DEL TÚNEL 2.1. H20 Desviación de las clases geotécnicas / tipos de

comportamientos pronosticados; cambios parciales en la longitud de asignación de las clases geotécnicas; incerti-dumbre en el modelo geológico (tectónica y arquitectura hidrogeológica complejas)

SI SI

2.2 H9 - H11

Zonas de falla principales / Macizos rocosos de comportamiento plástico

SI SI

2.3 H10 Estallido de rocas SI SI 2.4 H13 Macizo rocoso heterogéneo SI SI 2.5 H16 Cavidades cársticas en los macizos en yeso y rocas

calcáreas (ingreso de agua / barro) SI SI

H19 Orientación anormal de tensiones principales SI SI 2.6 Falla mecánica de elemento clave del equipamiento de

obra SI

2.7 Falla mecánica de componente relevante de la máquina TBM, p.ej. Cojinete principal, cabezal de corte, sistema hidráulico de propulsión

SI

2.8 Incremento en el desgaste de los discos de corte por alto grado de abrasividad de la roca y por las elevadas fueras de propulsión en roca de gran dureza

SI

2.9 Desgaste del cojinete principal y de otros componentes mecánicos de la máquina TBM debido a las altas fuerzas de propulsión en roca de alta dureza

SI

2.10 H9 - H13

Avance de TBM en sector de falla / macizo blando y condiciones de frente mixto; mordazas no pueden transferir las fuerzas de reacción de la propulsión del cabezal

SI

2.11 H13 Eficiencia de las herramientas de corte debido a la existencia de macizo blando / pegajoso, empastando el cabezal / Problemas de extracción de la marina bajo condiciones de frente mixto o rocas blandas (pegajosas)

SI

2.12 H13 Avance de la TBM en condiciones de frente mixto / roca heterogénea - problemas de manejo de la máquina (falta de alineamiento)

SI



4.6 65 de 209

No Ref. a Evento

de Riesgo

Evento CONVEN-CIONAL

TBM

3 IMPEDIMENTOS 3.1 H3 Ingreso de agua subterránea (alta presión)

ingreso intempestivo de agua al túnel debido a una repentina evacuación de éste por la excavación;

3.2 H4 Ingreso de agua subterránea (alto caudal) ingreso de grandes caudales de agua dentro del túnel por una repentina posibilidad de alivio debido a la excavación del túnel ;

SI SI

H14 Ocurrencia de gases tóxicos (H2S, CO2) SI SI H15 Ocurrencia de gases radioactivos (radon) SI SI

3.3 H5 Ingreso intempestivo de agua a elevada temperatura, >50°C

SI SI

3.4 H13 Clastos de roca dura en matriz de roca meteorizada / blanda

SI SI

Figura 8 – Listado General de Eventos de Riesgo Geológico-geotécnicos e Hidrogeológicos para Túneles

5.3.5 Resultado del Análisis de Riesgos

Sobre la base de los eventos de riesgos, categorizados tal como descripto en el punto anterior, se asignaron a cada medida de mitigación o reparación de los eventos de riesgo específicos valores de costo y de plazo, adoptando para ello la siguiente estrategia:

a) Costos unitarios de eventos de riesgo: los costos considerados son los siguientes

- Costos asociados a materiales y mano de obra, según cada medida en particular, estimados en función de valores reales de obra;

- Costos vinculados con el tiempo de interrupción del avance, asociados al costo del personal y equipos de la obra disponibles, que no están en producción; éstos se adoptaron en función de la experiencia de obras de túneles similares en Europa, siendo los siguientes: para excavación convencional, US$ 405.000.-/mes; para excavación con máquina tunelera (TBM), USD 1.200.000.-/mes;

b) Plazos adicionales por eventos de riesgo: estimados para cada evento en particular, asignándose en definitiva un valor de “días / evento”, tanto para la implementación de medidas, como por la sola interrupción del avance de la excavación.

En las primeras 3 planillas del Anexo 1 de este informe, correspondientes a cada uno de los capítulos de eventos (Anexo 1_Cap 1, Anexo 1_Cap 2 y Anexo 1_Cap 3), se incluye el análisis detallado y los resultados de cada evento particular en término de costos y tiempos unitarios.



4.6 66 de 209

Seguidamente en el Anexo 1 se presentan 3 hojas, una para cada alternativa de túnel de baja altura (Alternativa 5, Alternativa 8 y Alternativa 10a), en las que se muestra la asignación de las probabilidades de ocurrencia de cada evento de riesgo a lo largo del trazado respectivo (Anexo 1_Asignación Riesgos a Túneles).

A continuación, también dentro del Anexo 1 se incluye una hoja (Anexo 1_ Métodos Excavación por Alternativa) en la que se muestra para cada alternativa cuáles son los métodos de excavación propuestos por sector de trazado, es decir, método convencional o mecanizado.

Finalmente, el análisis final se presenta en 3 grupos de planillas, una por cada alternativa de túnel, sobre la base de 2 hojas, en las que se efectúa la multiplicación de las probabilidades de ocurrencia de eventos por sector por los valores unitarios de plazos de pérdida y variación de costos. Las hojas se nombraron: “Anexo 1_Resultados Análisis Riesgo A5”, “Anexo 1_Resultados Análisis Riesgo A8” y “Anexo 1_Resultados Análisis Riesgo A10”.

El resultado final se muestra en la segunda hoja de estos 3 grupos de planillas, en su parte inferior. Seguidamente, en la Figura 9 se presenta un extracto de los resultados.

Alternativa 5

Variación en Costo (US$)

Variación en Plazo (días laborales)

min max min max

+235.750.000 +708.875.981 0 + 702

Promedio Promedio +473.125.981 + 702 días

Alternativa 8



min max min max

+248.000.000 +529.228.392 0 + 659


Alternativa 10



min max min max

+87.250.000 +247.534.086 0 + 185


Figura 9 – Resumen Resultado de Análisis de Riesgos en Túneles}



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Según este análisis, las dos alternativas de túneles más largos, A5 y A8 son las que más riesgos exhiben, pudiendo incrementarse los costos de inversión de obra en un promedio de aproximadamente US$ 473 y 281 millones respectivamente, mientras que el aumento de los plazos de construcción puede alcanzar a aproximadamente 700 y 660 días respectivamente, lo que en ambos casos equivale aproximadamente a 2 años adicionales. En cambio, la alternativa de túnel A10, que involucra el túnel más corto y emplazado en las mejores condiciones geológico-geotécnicas exhibe un riesgo de aumento de costo de inversión de obra civil de aprox. US$ 160 millones, con un posible aumento del plazo de construcción de 185 días, es decir, aproximadamente medio año.



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6 DESCRIPCIÓN GENERAL DE ESTRUCTURAS SUBTERRÁNEAS DEL TÚNEL DE BAJA ALTURA

Dado la gran longitud de cada uno de los trazados, las condiciones geológicas cambiantes a lo largo del recorrido y los distintos aspectos logísticos a tener en cuenta para la construcción, para un análisis más riguroso de cada una de las alternativas, es necesario discretizar el trazado subdividiéndolo en un número de tramos que presenten características geológicas similares y tengan además aspectos logísticos en común en cuanto a la metodología constructiva a emplear para su construcción.

Cada uno de los tramos en los que se han subdividido cada una de las alternativas analizadas toma como punto de partida el modelo geológico que define los límites de cada sector. Las Estaciones Multifunción, por sus características particulares en cuanto a volumen de obra y logística en la construcción también son divisorias de tramo y serán analizadas en forma independiente.

Las Estaciones Multifunción deben estar ubicadas en un sector con geología favorable por las grandes cavernas que involucran. La distancia máxima entre estaciones o desde una estación hasta un portal debe ser inferior a los 20km, valor que surge de asumir un tren incendiado circulando 15min a 80 km/h, según se indica en los criterios de diseño y como presentado en el capítulo 4.2 de este informe. Esta situación se satisface sin inconveniente para la Alternativa 8. Para la Alternativa 5, si bien no se cumple exactamente para el último tramo en el sector argentino, el trazado es lo suficientemente recto y la pendiente lo suficientemente pequeña como para que el desarrollo de velocidades medias alcance valores algo superiores a los 80 km/h. En situación inversa, la alternativa 10a, si bien tiene una longitud total inferior a los 20 km/h, necesita contar con una estación multifunción en el centro del túnel debido a la tortuosidad de su trazado y el elevado valor de la pendiente.

6.1 Túneles

En función de lo indicado en las consideraciones de seguridad, el diseño de los túneles, con excepción de los túneles de ladera, constará en la etapa final del proyecto de dos tubos interconectados entre si por galerías transversales con una separación entre galerías de 300m de aproximadamente.

La sección transversal de los túneles principales varía según la metodología constructiva utilizada. En el plano GCS-PP-TUN-CIV-050 adjunto en el Anexo II de este informe se pueden observar las secciones transversales adoptadas para cada metodología constructiva, las cuales admiten el gálibo definido para la presente etapa de factibilidad.

La sección transversal de las galerías de interconexión se presenta en el plano GCS-PP-TUN-CIV-051 del Anexo II de este informe. Las galerías de interconexión presentan un ensanchamiento en correspondencia con cada uno de los túneles de línea para la instalación de distintos equipos necesarios desde el punto de vista de la seguridad y la operación, tal como ilustrado en la Figura 10. Algunos de los nichos alojan equipos de ventilación que resultan necesarios para presurizar uno de los túneles en caso de incendio en el otro.



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Figura 10 – Ensanche en Galerías de interconexión de túneles

Para la primera fase del proyecto se prevé la construcción del túnel principal y de los nichos ubicados sobre el túnel, quedando pendientes para la segunda etapa la construcción de las galerías y del segundo nicho. En la presente etapa de construcción no queda resuelto el problema de la seguridad dentro del túnel si bien, como se verá mas adelante, este problema está resuelto a través de la estación Multifunción.

La excepción al doble tubo con galerías de interconexión se presenta en los túneles de ladera, donde la factibilidad de ejecutar túneles de escape al exterior con un costo relativamente bajo permite la ejecución de un único túnel doble, en lugar de dos túneles simples. Esta situación, como se verá más adelante, se presenta en algunos sectores de la alternativa 10A.

A continuación se presentan las particularidades de cada una de las alternativas estudiadas con su correspondiente sectorización. Para cada tramo de cada alternativa de túnel se indica la metodología constructiva propuesta cuya adopción responde a diversos criterios según se expondrá en el capítulo 7.1 de Metodologías Constructivas .

6.1.1 Alternativa de Túnel de Baja Altura sobre Trazado A5

La Alternativa de túnel definida sobre el Trazado Alternativa 5 está representada en forma esquemática en los planos GCS-PP-TUN-CIV-010 y GCS-PP-TUN-CIV-011, adjuntos en el Anexo 2 de este informe. La misma tiene su portal de entrada en Río Blanco (1545 msnm) en Chile, y su portal de salida ubicado en Punta de Vacas (2440 msnm) en Argentina, recorriendo una longitud total aproximada en todo su desarrollo de 52.4 km con una pendiente promedio del 17.7 por mil.

En el recorrido se han dispuesto un total de 2 estaciones multifunción. La primera ubicada en las cercanías de la actual Estación “Juncal”, entre los km 14.5 y 15.5 y la segunda ubicada bajo la Estación “Las Leñas”, entre los km 31.0 y 32.0, las cuales están emplazadas en sectores geológicamente favorables según se puede asumir del modelo geológico actual.

La presente alternativa se subdividió para su análisis en 8 tramos, teniendo en cuenta los sectores geológicos que atraviesa y la metodología constructiva propuesta para cada tramo de túnel:



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Tr1: El presente tramo de túnel se desarrolla entre el km 0.0 y el km 14.5, encontrándose inserto íntegramente en la formación Juncal. La metodología constructiva propuesta para el tramo es convencional accediendo al mismo desde 6 frentes distintos, para lo cual se ejecutarán 2 accesos intermedios. El primer acceso se denomina A1 y está ubicado en el km 5.0, el segundo acceso intermedio denominado A2 se encuentra en el km 10.0. Las longitudes de túnel de los accesos A1 y A2 son respectivamente 1100m y 1600m.

Tr2: El presente tramo de túnel tiene una longitud total de 4.14 km y se encuentra ubicado entre los km 15.5 y 19.6, a continuación de la estación multifunción EMF1. Al igual que el Tr1, está inserto íntegramente en la formación Juncal, pero a diferencia del tramo anterior, será excavado con una máquina TBM, la que partirá desde la caverna de montaje ubicada al final de la estación multifunción EMF1, siendo el sentido de excavación ascendente.

Tr3: Se encuentra ubicado entre los km 19.6 y 22.1, a continuación del tramo Tr2. Tiene una longitud total de 2.35 km y según pronóstico geológico está inserto íntegramente en la formación Cristo Redentor. Será excavado con la misma máquina TBM que partió desde la estación multifunción EMF1.

Tr4: Se encuentra ubicado a continuación del tramo Tr3, entre los km 22.1 y 26.2. Tiene una longitud total de 4.11 km y está inserto en la formación Juncal. Será excavado con la misma máquina TBM que partió desde la estación multifunción EMF1. En el sector final del tramo se construirá una caverna de Desmontaje que permita el desmantelamiento de la TBM. La extracción de ésta, una vez desmantelada, se llevará a cavo en parte por el pique ubicado en el Acceso A3 al comienzo del Tr5 y en parte por el túnel ejecutado en los tramos anteriores.

Tr5: El siguiente tramo de túnel se desarrolla entre el km 26.2 y el km 29.6, recorriendo una longitud de 3.45 km. El mismo se encuentra inserto en las formaciones Auquilco, Tordillo y Grupo Mendoza. La metodología constructiva propuesta para el presente tramo es convencional, accediendo al mismo desde 2 frentes: El primero desde el Acceso A3 y pique vertical PA3 ubicado en el km 26.2 en sentido ascendente (longitud de túnel: 1200m y profundidad de piques: 1000m) y el segundo desde la estación multifunción EMF2 en sentido descendente.

Tr6: Se encuentra ubicado entre los km 29.6 y 31.0, a continuación del tramo Tr5. Tiene una longitud total de 1.37 km y está inserto en las formaciones Tordillo y Grupo Mendoza. Será excavado utilizando la metodología constructiva convencional en sentido descendente avanzando desde la EMF2.

Tr7: El siguiente tramo de túnel va desde el km 32.0 hasta el km 36.1, recorriendo una longitud de 4.1 km. El mismo, al igual que el tramo Tr5, se encuentra inserto en las formaciones Auquilco, Tordillo y Grupo Mendoza. La metodología constructiva propuesta para el presente tramo es convencional, accediendo al mismo desde 2 frentes: El primero desde la estación multifunción EMF2 en sentido ascendente, y el segundo desde el Acceso A4 y pique vertical PA4 ubicado en el km 37.0 en sentido descendente.

Tr8: El último de los tramos de túnel se encuentra ubicado entre los km 36.1 y 52.4. Tiene una longitud total de 16.3 km y está inserto en los granitos de las formaciones La Manga, Choiyoy y Alto Tupungato. Los primeros 1.6 km serán excavados con el



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método convencional en sentido descendente desde el portal de Punta de Vacas. Una vez finalizado el montaje y puesta en marcha de la máquina TBM, se excavará la totalidad del sector hasta el Acceso A4. En el primer sector del Tramo Tr8 se construirá con el método convencional en sentido descendente desde el acceso A4 la caverna de desmontaje la cual permitirá el desmantelamiento de la TBM. La extracción de esta última una vez desmantelada, se llevará a cavo en parte por el pique ubicado en dicho acceso y en parte por el túnel ejecutado desde el portal de Punta de Vacas.

6.1.2 Alternativa de Túnel de Baja Altura sobre Trazado A8

La Alternativa de túnel de baja altura sobre el Trazado A8 está representada en forma esquemática en los planos GCS-PP-TUN-CIV-020 y GCS-PP-TUN-CIV-021, que se incluyen en el Anexo 2 de este informe. La misma tiene su portal de entrada en Río Blanco (1545 msnm) en Chile, y su portal de salida ubicado en Penitentes (2610 msnm) en Argentina, recorriendo una longitud total aproximada en todo su desarrollo de 43.4 km con una pendiente promedio del 25.6 por mil.

En el recorrido se han dispuesto un total de 2 estaciones multifunción. La primera ubicada en las cercanías de la actual Estación “Juncal”, entre los km 14.5 y 15.5 y la segunda ubicada bajo la Estación “Las Leñas”, entre los km 31.0 y 32.0.

La presente alternativa se subdividió para su análisis en 8 tramos, teniendo en cuenta los sectores geológicos que atraviesa y la metodología constructiva propuesta para cada tramo de túnel:

Tr1: Al igual que la Alternativa 5, el siguiente tramo de túnel se desarrolla entre el km 0.0 y el km 14.5 encontrándose inserto íntegramente en la formación Juncal. La metodología constructiva propuesta para el tramo es convencional accediendo al mismo desde 6 frentes distintos, para lo cual se ejecutarán 2 accesos intermedios. El primer acceso se denomina A1 y está ubicado en el km 5.0, el segundo acceso intermedio denominado A2 se encuentra en el km 10.0. Las longitudes de túnel de los accesos A1 y A2 son respectivamente 1100m y 1250m.

Tr2: El siguiente tramo de túnel tiene una longitud total de 4.44 km y se encuentra ubicado entre los km 15.5 y 19.9, a continuación de la estación multifunción EMF1. Al igual que el Tr1 está inserto íntegramente en la formación Juncal, pero a diferencia del tramo anterior, será excavado, al igual que la Alternativa 5, con una máquina TBM, la que partirá desde la caverna de montaje ubicada al final de la estación multifunción EMF1, siendo el sentido de excavación ascendente.

Tr3: Se encuentra ubicado entre los km 19.9 y 22.3, a continuación del tramo Tr2. Tiene una longitud total de 2.37 km y está inserto íntegramente en la formación Cristo Redentor. Será excavado con la misma máquina TBM que partió desde la estación multifunción EMF1 al igual que la Alternativa 5.

Tr4: Se encuentra ubicado a continuación del tramo Tr3, entre los km 22.3 y 26.5. Tiene una longitud total de 4.14 km y está inserto en la formación Juncal. Será excavado con la misma máquina TBM que partió desde la estación multifunción EMF1. En el sector final del tramo se construirá una caverna de Desmontaje que permita el desmantelamiento de la TBM. La extracción de la misma, una vez desmantelada, se llevará a cavo en parte por el pique ubicado en el Acceso A3 al



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comienzo del Tr5 y en parte por el túnel ejecutado en los tramos anteriores del mismo modo que lo indicado en la Alternativa 5.

Tr5: El siguiente tramo de túnel se desarrolla entre el km 26.5 y el km 30.0, recorriendo una longitud de 3.55 km. El mismo se encuentra inserto en las formaciones Auquilco, Tordillo y Grupo Mendoza. La metodología constructiva propuesta para el presente tramo es convencional accediendo al mismo desde 2 frentes: El primero desde el Acceso A3 y pique vertical PA3 ubicado en el km 26.2 en sentido ascendente (longitud de túnel: 1200m y profundidad de piques: 750m), y el segundo desde la estación multifunción EMF2 en sentido descendente.

Tr6: Se encuentra ubicado entre los km 30.0 y 31.0, a continuación del tramo Tr5. Tiene una longitud total de 1.00 km y está inserto en las formaciones Tordillo y Grupo Mendoza. Será excavado utilizando la metodología constructiva convencional en sentido descendente avanzando desde la EMF2.

Tr7: El siguiente tramo de túnel va desde el km 32.0 hasta el km 36.9, recorriendo una longitud de 4.93 km. El mismo, al igual que el tramo Tr5, se encuentra inserto en las formaciones Auquilco, Tordillo y Grupo Mendoza. La metodología constructiva propuesta para el presente tramo es convencional, accediendo al mismo desde 2 frentes: El primero desde la estación multifunción EMF2 en sentido ascendente, y el segundo desde el Acceso A4 ubicado en el km 37.0 en sentido descendente (longitud de túnel de acceso: 2100m).

Tr8: El último de los tramos de túnel se encuentra ubicado entre los km 36.9 y 43.4. Tiene una longitud total de 6,52 km y está inserto en los granitos de las formaciones La Manga, Choiyoy y Alto Tupungato. A diferencia de la Alternativa 5, el presente tramo se excavará en su totalidad con el método convencional iniciando la excavación desde ambos frentes en forma simultánea.

6.1.3 Alternativa de Túnel de Baja Altura sobre Trazado A10a

La Alternativa de túnel Nro. 10a está desarrollada esquemáticamente en el plano GCS-PP-TUN-CIV-030 adjunto en el Anexo 2 de este informe. El tramo entre Río Blanco (1545 msnm) y Juncal Alto (2385 msnm) en el sector chileno, alterna tramos a cielo abierto con túneles cortos, algunos de ladera y otros en rulo. Dicho sector no será analizado en el presente informe de túneles y se estudiará exclusivamente el túnel de base entre Juncal Alto y Quebrada Navarro.

El túnel de base correspondiente a la Alternativa 10a, como se dijo anteriormente, tiene su portal de entrada en Juncal Alto (2385 msnm) en Chile, y su portal de salida ubicado en la Quebrada Navarro (2920 msnm) en Argentina, recorriendo una longitud total aproximada en todo su desarrollo de 18.7 km con una pendiente promedio del 30.0 por mil.

En el recorrido se han dispuesto una única estación multifunción ubicada en las cercanías de la actual Estación “Caracoles”, entre los km 10.0 y 11.0 del trazado.

La presente alternativa se subdividió para su análisis en 5 tramos, teniendo en cuenta los sectores geológicos que atraviesa. La metodología constructiva propuesta para la totalidad del túnel es convencional con accesos en distintos puntos a lo largo del



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trazado. Se indican a continuación cada uno de los tramos del trazado con sus particularidades.

Tr1: El siguiente tramo de túnel se desarrolla entre el km 0.0 y el km 10.0, dónde comienza la estación multifunción EMF1, encontrándose inserto íntegramente en la formación Juncal. La construcción del mismo como se indicó anteriormente será ejecutada con el método convencional, accediendo desde 4 frentes distintos, para lo cual se ejecutará un acceso intermedio A1 en las inmediaciones del km 6.0. La longitud de túnel del acceso A1 es de 2000m.

Tr2: El siguiente tramo de túnel tiene una longitud total de 0.89 km, se encuentra ubicado a continuación de la estación multifunción EMF1, entre el km11.0 y km11.9, y está inserto íntegramente en la formación Cristo Redentor. Será excavado desde la estación EMF1 en sentido ascendente.

Tr3: Se encuentra ubicado a continuación del Tr2 entre el km 12.1 y 13.7 y tiene una longitud total de 1.61km. Si bien al igual que el Tr1 está inserto íntegramente en la formación Juncal, el presente tramo tiene características geológicas distintas, siendo su comportamiento geomecánico similar al correspondiente al Tr4. Al igual que el tramo Tr2 será excavado desde la estación multifunción EMF1 en sentido ascendente.

Tr4: Se encuentra ubicado a continuación del tramo Tr3, entre los km 13.7 y 16.9. Tiene una longitud total de 3.25 km y está inserto en las formaciones Tordillo y Grupo Mendoza. Será excavado desde dos frentes, el primero proveniente desde la estación multifunción EMF1 al igual que los tramos Tr2 y Tr3, y el segundo proveniente desde el portal de Quebrada Navarro.

Tr5: El último de los tramos de túnel se encuentra ubicado entre los km 16.9 y 18.7. Tiene una longitud total de 1.75 km y está inserto íntegramente en las formaciones Auquilco, Tordillo y Grupo Mendoza. Será excavado desde el portal ubicado en Quebrada Navarro.

6.2 Estaciones Multifunción

Las estaciones multifunción actúan, por un lado, como estaciones de seguridad en una situación de emergencia permitiendo la evacuación segura de los pasajeros y por otro lado, como estación de sobrepaso en régimen de servicio, lo cual resulta necesario desde el punto de vista de la operación ferroviaria. La implantación de las mismas dentro del túnel responde por un lado a razones operacionales, debiendo respetarse una distancia máxima entre estaciones de 15km según se indicó en los criterios de diseño, y por otro lado, a factores geológicos. Se han dispuesto en las distintas alternativas un total de dos estaciones multifunción para las alternativas de túnel A5 y A8, y una única estación multifunción para la alternativa A10a.

Dada la complejidad y envergadura de la obra subterránea a ser desarrollada, el lugar de implantación real de las estaciones multifunción deberá presentar características geológicas favorables. Los lugares de emplazamiento propuestos fueron determinados en función del modelo geológico actual y su ubicación real surgirá de los resultados de la campaña geológica y una vez definida la traza real de la alternativa a desarrollar.



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La metodología constructiva a emplear para la construcción de las estaciones multifunción será convencional (convencional, perforación y tronadura) y la construcción de la misma se desarrollará en forma paralela a la construcción de los túneles. El diseño de la estación, según se indicó en los criterios de diseño, fue concebido para trenes de pasajeros y para trenes de carga con una longitud máxima de 750m.

Tanto en la alternativa A5 como en la alternativa A8, la primera estación multifunción (EFM1) está ubicada entre el km14.5 y el km15.5 con respecto al portal de Río Blanco. El acceso a la misma desde la superficie se consigue mediante un túnel (AEMF1) que parte desde uno de los obradores principales ubicado en la margen izquierda del Río Juncal. La longitud de dicho túnel de acceso es de 3000m para la alternativa A5 y de 2100m para la alternativa A8 y tiene una pendiente media aproximada del 10%.

La segunda estación multifunción (EMF2) está ubicada entre el km 31.0 y 32.0. El acceso a la misma desde la superficie se consigue, dado a la gran profundidad, mediante un túnel de acceso (AEMF2) de 450m de longitud y 10% de pendiente aproximadamente, y dos piques verticales que tienen una longitud de 500m para la alternativa A8 y 750m para la alternativa A5 cada uno.

Para la variante A10a de túnel corto, se ha dispuesto una única estación Multifunción ubicada entre el km 10.0 y el km 11.0 aproximadamente, desde el portal de Juncal Alto, estando la misma ubicada en las cercanías de la actual Estación “Caracoles”. El acceso al exterior se consigue mediante una rampa (AEMF1) de 2000 m de longitud con una pendiente media del 10%, que sale a la superficie en las inmediaciones de la actual estación “Portillo” en el sector Chileno.

6.2.1 Aspectos Generales de la Estación Multifunción

El diseño de la estación multifunción fue ejecutado utilizando como base las estaciones multifunción diseñadas para el túnel Brenero y como referencia también las de otros proyectos de túneles de baja altura en los Alpes, como el Túnel San Gotardo, el Túnel Lyon – Torino y el Túnel Koralm, el último exclusivamente dentro de Austria. Existen no obstante, algunas particularidades que presenta el proyecto objeto de nuestro estudio que conllevan a que los criterios de diseño utilizados para dicho proyecto no sean exactamente extrapolables al diseño de las estaciones multifunción del Nuevo Ferrocarril Trasandino.

El factor de disidencia principal entre este proyecto y los de referencia, radica en el hecho que el los túneles europeos en general serán ejecutado y puestos en función en una única fase, existiendo por lo tanto dos túneles desde el momento mismo de puesta en servicio del sistema. La construcción por etapas planteada para el Ferrocarril Trasandino obliga, por un lado, a que uno de los túneles en el interior de la estación en un sector cuya longitud alcance los 750m, sea doble de modo de permitir el cruce entre dos trenes. Por otro lado, en la primera fase del proyecto en la que existe un único túnel funcionando, la posibilidad de que un tren incendiado llegue a la estación en cualquiera de los dos sentidos de circulación por el mismo túnel, obliga a duplicar los túneles de evacuación en el sector de emergencia de modo de permitir la evacuación para trenes provenientes de ambos sentidos.



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El diseño de la Estación Multifunción parte de la premisa fundamental de que la primera fase del proyecto (un único túnel construido) admitirá solamente trenes de carga o eventualmente un sistema tipo Shuttle con un transporte de pasajeros muy limitado y con otras medidas de mitigación de accidentes e incendios, básicamente por razones de seguridad. El transporte de pasajeros en toda su dimensión sólo será posible desde el punto de vista de la seguridad, una vez finalizada la segunda fase del proyecto, es decir, con ambos túneles finalizados y trenes circulando en ambos sentidos.

En el plano GCS-PP-TUN-CIV-052 adjunto en el Anexo 2 de este informe se presenta un lay-out esquemático de la estación multifunción EMF1 con la configuración de los distintos túneles. En dicho documento están indicadas las distintas secciones transversales correspondientes a cada sector de la estación multifunción los cuales están representados en los planos GCS-PP-TUN-CIV-050 y GCS-PP-TUN-CIV-051, también adjuntados en el mismo Anexo.

Se indica a continuación una breve descripción de cada uno de los túneles y obras singulares que integran la estación multifunción:

Túneles de Acceso: Se utilizan tanto durante la etapa de Construcción, como durante la etapa de operación del proyecto. Durante la etapa de construcción, el túnel de acceso permite el ingreso de materiales y personal a la obra, y se utiliza en forma simultánea para la extracción de la marina. Su diseño deberá contemplar todos los condicionamientos desde el punto de vista logístico y de seguridad necesarios para la ejecución de la obra, tal como por ejemplo: Transporte de materiales y de personas, Ventilación -tanto en servicio como en emergencia-, etc. Durante la etapa de Servicio el túnel de acceso es utilizado como túnel de ventilación, inyectando aire a través de él, desde las estaciones de ventilación ubicadas en el exterior del mismo, y extrayendo el aire viciado desde el interior del túnel, para lo cual dispone de una losa superior falsa que permite separar los volúmenes de inyección de los de extracción.

Ubicado en túneles independientes al portal de acceso principal, los túneles de acceso cuentan con estaciones de ventilación implantadas en el obrador principal, tal como ilustrado en la Figura 11. Las mismas son las encargadas por un lado de inyectar aire al túnel en el sector inferior del mismo, por donde se desarrolla la circulación peatonal y vehicular, y extraer el aire contaminado que circula en sentido ascendente por el compartimento superior del túnel de acceso.

Figura 11 - Estación de Ventilación (Inyección)



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Caverna de Acceso:

Es utilizada durante la etapa de construcción y cumple una función logística y de acopio, tanto de materiales de construcción como de marina. La misma se construye en dos etapas, la primera en la construcción del primer túnel (fase I del proyecto) y la segunda durante la construcción del segundo túnel (fase II del proyecto), donde el primer sector ya construido sólo podrá utilizarse en forma parcial para la construcción, debido a necesidades operativas y de seguridad del tren en servicio. Las dimensiones de la Caverna de Acceso indicadas en el plano GCS-PP-TUN-CIV-052, adjunto en el Anexo 2 de este informe, son conservadoras. La dimensión real de la misma será ajustada durante la etapa de anteproyecto una vez definida con mayor exactitud los aspectos logísticos de la construcción. La Figura 12 muestra un esquema representativo de esta caverna, ya equipada.

Caverna de Ventilación y Electrificación: (ver Figuras 13 y 14)

Se encuentran emplazadas en el eje mismo de la estación multifunción. En una de ellas se implanta, por un lado, el sistema de ventilación, responsable de movilizar el aire tanto en situación de servicio como en los distintos escenarios de emergencia. En el sector entre ambos túneles principales se ubica la otra Caverna de Electrificación, donde se encuentra la subestación eléctrica y las salas de tableros para la operación de la misma.

Figura 12 - Estación de Ventilación (Expulsión)



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Caverna de Comunicación:

Se encuentra anexada a la Caverna de Ventilación y Electrificación y desde allí se realiza el control y la logística tanto de la operación ferroviaria como del túnel en general ya sea en la fase I del proyecto como en la fase II.

Desvíos de Cruce:

Están compuestos por una serie de cavernas de ancho creciente, las cuales permiten materializar el ensanchamiento necesario para realizar el desvío de cruce. La caverna de mayor ancho deberá ser diseñada para admitir dos túneles simples separados entre sí a una distancia compatible con el estado tensional del macizo rocoso. En el plano GCS-PP-TUN-CIV-050 del Anexo 2 se presentan las distintas secciones transversales que integran los sectores de desvío de cruce.

Figura 14 Caverna de Electrificación (Anexa a la de Ventilación)

Figura 13 Caverna de Ventilación



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Puertas esclusa (ver Figura 15):

En sectores estratégicos de la estación se dispondrá una serie de puertas esclusa de acero, las que permitan aislar sectores del túnel en función de los distintos escenarios de emergencia. Las puertas esclusa, como así también las salas de ventilación, son controladas desde la caverna de control de la estación. Éstas están provistas de accesos peatonales de emergencia, ubicados a un lado del túnel que cuentan con sistemas de puertas dobles, las cuales permiten el paso de peatones de un lado al otro sin permitir el pasaje del humo.

Conductos de Ventilación entre túneles (ver Figura 16):

En forma complementaria a las Puertas esclusa, cada túnel cuenta con dos conductos de ventilación que vinculan cada uno de los túneles de línea con la cámara superior del Túnel de evacuación, en un caso, y con el cuerpo inferior del mismo en el otro.

Los conductos de ventilación entre túneles cuentan con ventiladores independientes, los que permiten por un lado extraer los humos desde el túnel donde se encuentra el tren incendiado y llevarlos al conducto de extracción ubicado en el compartimento superior del túnel de evacuación primario, y por el otro, impulsar aire desde el compartimento inferior del conducto de evacuación primario e inyectarlos en el túnel seguro.

En un escenario de emergencia, una vez que el tren incendiado accede al sector de seguridad, las puertas exclusa se cierran, aislando el sector, encendiéndose inmediatamente los ventiladores, de modo de mantener las condiciones del aire en niveles aceptables durante todo el proceso de evacuación.

Figura 15 - Puertas Esclusa



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Figura 16 – Conductos de ventilación entre túneles

Túneles de Evacuación:

El sector de emergencia tiene una longitud total de 300m y dispone de 6 Túneles de Evacuación Secundaria que convergen al Túnel de Evacuación Principal. Dicha longitud resulta suficiente para evacuar tanto un tren de pasajeros, como un tren de carga, partiendo de la base que los pasajeros que viajan en el tren de carga de 750m, se encuentran alojados en vagones especiales ubicados en la primera mitad del tren.

El túnel de Evacuación Principal está compartimentado del mismo modo que el Túnel de Acceso. El sector superior está dimensionado para la extracción segura de los humos durante un escenario de emergencia y en el sector inferior es donde se desarrolla la evacuación propiamente dicha y está dimensionado de modo de admitir simultáneamente el tránsito vehicular y peatonal.

Existe una conexión directa entre el Túnel de Evacuación Primario y la Caverna de Ventilación. Esto permite presurizar todo el túnel de evacuación, evitando el ingreso de humos desde la zona donde se encuentra el tren incendiado y generando una circulación de aire contraria al sentido de evacuación.

En los Túneles de Evacuación Secundarios, la circulación durante la evacuación es sólo peatonal. Los mismos disponen en el extremo en correspondencia con el túnel de línea de un ventilador, el que inyecta aire hacia el túnel, de modo de evitar el ingreso de humo al conducto el cual también se encuentra presurizado por estar conectado en formar directa con el Túnel de Evacuación Principal.

6.2.2 Seguridad en Servicio y en Emergencia

El concepto de seguridad utilizado en el túnel Brennero, en el cual uno de los túneles se convierte en vía de escape del otro en una situación de emergencia, sólo es



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posible de aplicar en el ferrocarril Trasandino en la segunda fase del proyecto, cuando ambos túneles se encuentran construidos y operativos. En la primera fase del proyecto con un único túnel operativo no se puede utilizar el concepto de “túnel seguro” y “túnel en emergencia” sino más exactamente se utiliza el concepto de “sector seguro” y “sector de emergencia” dentro del mismo túnel, en el interior de la estación multifunción.

En la primera fase del proyecto, los trenes en operación normal siempre circulan por el túnel único, arribando al denominado “sector seguro” de la estación multifunción (túnel doble). El tren se detendrá en una u otra vía del túnel doble, según requerimientos operativos, es decir, permitiendo eventualmente el sobrepaso entre trenes que vienen en el otro sentido. En una situación de emergencia, el tren debe abandonar el “sector seguro” de la estación por medio de los túneles de desvío, y alcanzar el “sector de emergencia”, que es donde desarrollará la auto-evacuación de los pasajeros.

Al comienzo de la auto-evacuación, los pasajeros, tras abandonar el tren en situación de emergencia, acceden a los túneles de evacuación secundarios. Se trata de un conjunto de 6 túneles peatonales de 35m de longitud aproximadamente y separados entre sí cada 60 m. Los túneles de evacuación secundaria cubren una longitud de 300m sobre el andén del sector de emergencia, distancia que resulta compatible con la longitud de un tren de pasajeros o con los coches de seguridad de trenes de carga o tipo Shuttle que se encuentran en la parte delantera de la formación. Los túneles de evacuación secundaria desembocan en el túnel de evacuación principal, el cual admite en forma simultánea tanto la circulación peatonal como de vehículos pequeños. El mismo cuenta en el extremo con un túnel de mayor ancho que permite el giro de los vehículos de emergencia que contribuyen en las tareas de evacuación.

El túnel de evacuación principal conduce a los pasajeros auto-evacuados nuevamente y en forma segura hasta el “sector seguro” de la estación multifunción, donde un tren los recibe y los conduce al exterior del túnel.

En la primera fase del proyecto, el doble sentido de circulación de los trenes por el mismo túnel obliga a construir en el denominado “sector de emergencia”: dos túneles de evacuación primarios con sus correspondientes túneles de evacuación secundarios de modo de permitir la evacuación para trenes provenientes de ambos sentidos. Una vez completada la obra y puesto en operación el segundo túnel, uno de los sectores del sector de emergencia queda inutilizado, habida cuenta que a partir de ese momento la evacuación se realiza de un túnel a otro no siendo necesario desviar el tren hasta el sector de emergencia central.

Los túneles de evacuación primarios están conectados en forma directa con la caverna de ventilación, y es allí donde se realiza el manejo del aire, tanto en la situación de servicio como en emergencia. Como se indicó anteriormente, los conductos de ventilación entre túneles por un lado envían el aire viciado o eventualmente el humo desde el túnel al compartimento superior del túnel de evacuación primario. El aire contaminado, al llegar a la caverna de ventilación, es presurizado mediante ventiladores centrífugos que lo inyectan en el compartimento superior del túnel de acceso por donde se produce su evacuación hacia el exterior. La caverna de ventilación, a su vez, inyecta aire limpio proveniente desde el túnel de acceso en el compartimento inferior del túnel de evacuación principal presurizando el



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mismo y generando una corriente de aire en sentido contrario al de la evacuación evitando así el ingreso de humo o de aire viciado a dicho conducto.

El control total, tanto de la operación en situación normal como la evacuación en una emergencia es llevado a cavo desde la caverna de control. Es allí donde se maneja y donde se centraliza la totalidad de los comandos de la estación multifunción y del tramo de túnel que le corresponda. En la caverna de comunicaciones y control se comandan todos los dispositivos que forman parte del sistema de seguridad como ser ventiladores, puertas esclusa, servicios, señales, audio, video, etc.

6.2.3 Variante en el Diseño de la Estación Multifunción

Tal como se indicó en el punto anterior, el criterio de diseño del proyecto que obliga a planificar la obra en dos etapas genera, debido a cuestiones de seguridad, que un tramo del túnel de evacuación principal con sus correspondientes túneles de evacuación secundarios resulten funcionales durante la primera fase del proyecto y dejen de serlo durante la segunda etapa. Desde el punto de vista económico, esta situación demanda un costo de inversión adicional al proyecto, derivado exclusivamente de la división en fases de la obra, el que deberá ser tenido en cuenta a la hora de realizar el análisis financiero.

Con la idea de optimizar al máximo el diseño, surge un nuevo lay-out para las estaciones multifunción, mediante el que se intenta aprovechar al máximo las obras ejecutadas en ambas etapas de construcción. El criterio fundamental del diseño de esta segunda variante resulta de mantener el concepto “sector de seguridad versus sector de emergencia”, tanto en la primera fase del proyecto, como en la segunda, en lugar de cambiar dicho concepto al de “túnel de seguridad vs. túnel de emergencia” por el solo hecho de respetar los criterios de seguridad utilizados en el túnel Brennero, en el que un túnel siempre se convierte en la vía de escape del otro, sin que sea necesario realizar cambios de vías.

La diferencia fundamental entre el lay-out que se describe a continuación y la primer variante analizada, radica en el hecho de que una vez que el tren alcanza el sector de emergencia y que comienza la auto-evacuación de los pasajeros a través de los túneles de evacuación, dichos túneles conducen a una única caverna de evacuación, ubicada en el centro mismo de la estación multifunción, contando ésta con condiciones de seguridad especialmente diseñadas. Es a través de ella que, en una forma ordenada y planificada, se desarrolla la evacuación hacia los trenes que aguardan en la vía segura.

La Caverna de evacuación deberá ser diseñada de modo tal de que, una vez que se haya producido el ingreso en la misma, la seguridad de los pasajeros quede automáticamente garantizada, para lo cual deberá disponer de sistemas de ventilación y electrificación independientes y de todas las medidas de seguridad necesarias para tal fin.

La ventaja fundamental de la presente variante frente a la anterior radica en el hecho que, una vez que el tren incendiado ingresa en el sector de emergencia y se haya aislando el sector mediante el accionamiento de las compuertas esclusa, ubicadas al comienzo del sector de seguridad, al final del mismo, y en los desvíos de cruce, rápidamente y una vez que se haya restablecido la calidad del aire en el túnel donde se produjo el incendio, pueden quedar operativas nuevamente las dos vías, debido a



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la posibilidad de la doble circulación que admite el túnel doble en el sector de seguridad de la estación multifunción. Esta condición no se cumpliría en la primera variante propuesta, ante un escenario de emergencia en el cual, estando ambos túneles construidos y operativos, el tren incendiado se detendría en el túnel doble quedando fuera de operación las dos vías.

Otra importante ventaja radica en el hecho que, una vez aislado el sector de emergencia, existen como mínimo tres vías disponibles y libres de humo para poder evacuar a los pasajeros desde el interior del túnel (la cuarta vía deberá cerrarse y realizar la extracción del humo hasta restablecer las condiciones del aire en su interior, pero podrá entrar en servicio en un tiempo relativamente corto, una vez restablecidas dichas condiciones). Por otro lado, el hecho que la caverna de evacuación se encuentre ubicada en el centro mismo de la Estación Multifunción permite una evacuación mas rápida, segura y organizada que con la primer variante presentada.

Como desventaja principal de la segunda variante presentada debe indicarse que, para uno de los dos sentidos de circulación, el tren incendiado deberá cambiar de vía, circulando por el desvío de cruce para alcanzar el sector de seguridad, siendo ésta una maniobra riesgosa. No obstante, esta situación sólo se presenta en la primera fase del proyecto, cuando hay un único túnel principal que es empleado para la circulación en ambos sentidos. Se concluye entonces, que esta segunda posibilidad de optimización de la estación multifunción deberá estudiarse con más detenimiento durante la etapa de diseño a nivel de Anteproyecto.

En el plano GCS-PP-TUN-CIV-054 adjunto en el Anexo 2 de este informe se puede observar una perspectiva y una planta de la segunda variante de Estación Multifunción aquí presentada. Es importante destacar que la presente propuesta y todo el análisis realizado en esta etapa del Estudio de Factibilidad, responde básicamente a la necesidad de estimar un volumen de obra para la estación multifunción y evaluar así los costos de cada alternativa. Un análisis comparativo, demostró que los volúmenes de excavación y de hormigón de segunda etapa, diferían en un porcentaje no superior al 5% entre ambos prototipos de Estación.

El diseño real de la Estación Multifunción será desarrollado en la siguiente etapa de Anteproyecto, en el que serán estudiados y analizados con detenimiento todos los aspectos operativos y de seguridad que hacen al real funcionamiento de la misma.

6.3 Obras Particulares

6.3.1 Portales

Como se indicó en el informe correspondiente de criterios de diseño, los portales se implantan en sectores que cumplen con condiciones geológicas y geotécnicas favorables, es decir evitando sectores de deslizamiento o taludes inestables. Por otro lado deben evitarse sectores morfológicamente complejos, propensos a caídas de rodados, zonas de inundación y/o avalanchas.

Desde el punto de vista logístico, los portales están ubicados en lugares de buena accesibilidad, tanto durante la construcción como durante la operación. La excepción la presentan algunos túneles de ladera y de rulo de la alternativa 10a, estando su implantación totalmente condicionada al trazado.



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La separación entre portales surge de la separación adoptada entre ejes de túneles de 40.0m, como mínimo. En general el ingreso en el macizo rocoso no se produce siguiendo la dirección de máxima pendiente de la ladera con lo cual, existe una distancia longitudinal de separación entre portales además de la transversal. La distancia mínima deberá garantizar la no existencia de recirculación de humo o gases tóxicos en el caso de evento. La implantación de los portales tendrá en cuenta además cuestiones ambientales, evitando su implantación en sectores protegidos o terrenos privados que puedan verse afectados por la obra. La tapada mínima que debe tener el portal es de la mitad del diámetro del túnel, es decir, del orden de 5.0m.

6.3.2 Accesos intermedios

En función de la programación de obra planteada y previendo futuros requerimientos de ventilación, en cada alternativa surge la necesidad de construir distintos accesos a lo largo del trazado.

El túnel de acceso consiste en un túnel único compartimentado tal como se indicó anteriormente. El portal de entrada generalmente se ramifica en varios túneles, en los que se implantan las salas de ventilación, tanto de impulsión como de expulsión. En el portal de salida en correspondencia con el túnel principal se construye una caverna de acceso en sentido transversal a los mismos, a partir de la cual se comienza la excavación de los túneles principales en ambos sentidos. También, en dicha caverna se montan las salas de ventilación que tienen la función de manejar el sentido de circulación del aire en función de los distintos escenarios de emergencia.

Los accesos previstos se encuentran por un lado en las Estaciones Multifunción y por otro lado en los distintos tramos de túneles donde se prevé la construcción con la metodología convencional, es decir, la excavación y fortificación convencional. Cuando la altura a salvar resulta elevada (superior a los 300m) resulta antieconómica la construcción de una rampa, cuya pendiente media es del orden del 10%. En esos casos, los accesos se construyen mediante una rampa de una cierta longitud y posteriormente mediante un pique vertical. En general, por razones logísticas, resulta sumamente compleja la construcción con un único pique vertical por lo que fueron previstos un total de 2 piques por acceso.

En la siguiente Figura 17 se incluye un listado con la totalidad de los accesos previstos con sus características principales para cada Alternativa de túnel. Los piques, si bien corresponden al mismo acceso se han puesto en forma separada con el fin de dejar claro la altura en vertical.



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Figura 17 – Listado de Accesos para cada Alternativa de Túnel

6.3.3 Túneles sobre trazado a cielo abierto Luján de Cuyo - Punta de Vacas y Los Andes – Río Blanco

Más allá del túnel de baja altura, existen también una serie de túneles de longitud mu-cho más reducida que éste sobre los dos tramos de trazado a cielo abierto en ambos países, fuera del sector de alta cordillera. En general, todos estos túneles son bastan-te cortos, con la excepción de unos pocos, cuya longitud supera los 500 m, siendo en-tonces necesario preocuparse por la seguridad de los usuarios en ellos y prever medi-das especiales para la evacuación de éstos en caso de incendios u otras emerencias.

Para la caracterización preliminar de la tipología de estos túneles, tanto en término de su layout transversal, como en materia de metodología constructiva, se hace referencia al trazado A5, siendo éste el que la mayor cantidad de túneles y mayor longitud promedio de éstos presenta. En general, siempre que un túnel tenga menos de 500 m de longitud, se prefiere la alternativa de túnel único de 2 vías, sin necesidad de provisión de galerías de escape. Para los pocos túneles de longitud mayor a los 500 m, el criterio adoptado es el de mantener la misma tipología, agregándole galerías de escape al exterior, de modo que éstas no estén separadas entre sí una distancia mayor a los 350 m y que su longitud no supere un valor de 400 – 500 m. Sólo en casos en los que lo último no es posible, vale decir, que las galerías de escape se harían demasiado largas, se adopta la configuración de 2 túneles de vía simple paralelos, conectados a través de galerías de interconexión, las que cumplen con la finalidad de escape de un túnel al otro en caso de emergencia.

En la siguiente tabla se presenta un resumen de las características geométricas y layout transversal de los túneles. Desde un punto de vista de metodología constructiva, todos los túneles serán construidos con método convencional.



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6.3.4 Túneles en sector de alta cordillera de Alternativa A10

Tal como señalado en el capítulo 3.3 de esde informe, en el que se presentaron las alternativas de trazados y túneles de baja altura en el sector de alta cordillera (Punta de Vacas – Río Blanco), la Alternativa A10 no sólo presenta un túnel de base emplazado entre Juncal Alto, Chile, y Quebrada Navarro, Argentina, sino también 4 túneles de menor longitud en el sector de aproximación chileno al túnel internacional.

Desde un punto de vista tipológico, los túneles de aproximación se han categorizado de la manera presentada en la siguiente tabla, es decir, los 3 primeros túneles com-puestos por 2 tubos von vía simple, y el túnel restante compuesto por un único tubo con 2 vías. Para los 3 primeros, todos ellos de mayor longitud que 1000 m, es nece-sario proveer 2 túneles separados, con galerías de conexión entre ellos cada 500 m, a fin de cumplir con los criterios de seguridad para los usuarios. Querer materializar vías de escape al exterior a través de galerías subterráneas, significaría tener que asumir costos demasiado elevados. En el último, al ser éste un túnel de ladera, las galerías de escape se pueden materializar hacia el exterior del macizo, sin que ello represente un costo elevado, prefiriéndose por lo tanto un túnel simple de 2 vías.

Características Cota

Portal entrada

Cota Portal salida

Lon-gitud

Cobertura máxima

Pendiente rasante Tipología Túnel

(msnm) (msnm) (mts) (mts) (%) 10-T1 1.545 1.724 6.116 aprox. 700 2,93

10-T3 1.790 1.883 3.101 aprox. 700 3,00

10-T5 2.015 2.095 2.663 aprox. 800 3,00

2 túneles 1 vía, con galerías de conexión entre

éstos cada 500 m

10-T7 2.117 2.185 2.265 aprox. 200 3,00 Túnel simple con 2 vías y

galerías de escape al exterior c/500 m

Desde un punto de vista de la caracterización geotécnica, los 4 túneles de aproximación se clasificaron según el método presentado en el capítulo 5.2 de este informe, individualizándose esta clasificación en el plano AR-002–TUN–COR-0018, “Perfil Geológico de la Alternativa A10.A – Río Blanco – Quebrada Navarro”. Según lo ilustrado allí, las condiciones geológicas y condiciones de cobertura de los túneles en cuestión determinan la siguiente distribución de calidades geotécnicas:

Túnel T1: 80% C2, 20% C2

Túnel T3: 80% C2, 20% C2

Túnel T5: 80% C2, 20% C2

Túnel T7: 80% C2, 20% C2



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7 ASPECTOS CONSTRUCTIVOS DE TÚNELES

7.1 Métodos Constructivos

7.1.1 Generalidades

El método de excavación que se empleará para los túneles dependerá básicamente de las condiciones geológico-geotécnicas, pero también de otras variables de tipo estratégicas y financieras propias del proyecto y de cada caso de túnel en particular.

Los métodos básicos de excavación que se utilizarán son los siguientes:

- Método convencional por voladura o método cíclico (NATM) - Método mecanizado con máquina tunelera (TBM)

En general, más allá de aspectos estratégicos (accesos, topografía, energía, etc.), la excavación con máquina tunelera se usará en macizos rocosos de mejor calidad geotécnica, en los que son acotados y predecibles los riesgos a los que estará sujeta la misma máquina durante la excavación. En sectores de macizo geotécnicamente menos competentes y sectores específicamente complejos (fallas, rocas expansivas, condiciones hidro-geológicas desfavorables, cavidades cársticas, etc.) se priorizará la excavación convencional o se preverá un tratamiento anticipado del macizo frente a la máquina.

La selección del método de excavación, es decir, del uso de método convencional o mecanizado, también depende de los criterios que se listan a continuación, todos los que serán analizados caso por caso para los túneles largos del presente proyecto. En general, para túneles cortos, es decir, longitudes que son menores a los 4 a 5 km, como mínimo, el uso de máquinas tuneleras por lo general no es económicamente competitivo, excepto que se trate de condiciones geológicas o situaciones que para la excavación convencional muy particulares, en dónde ésta no pueda ser usada en forma tradicional. Ejemplos de ello podrían ser condiciones geotécnicas de terreno extremadamente blando, vale decir, rocas residuales o suelos, a ser excavados bajo la napa freática, dónde las medidas de fortificación y estabilización auxiliares para la excavación convencional resulten más costosas que la adquisición de un escudo. Puede ser otro ejemplo un túnel relativamente corto, en el que la excavación sólo pueda efectuarse desde un extremo, determinando esto un frente de excavación tan largo que la excavación convencional se haga costosa y lenta, justificándose por ello el uso de una máquina tunelera.

Son, en resumen, muchos los factores que intervienen en la decisión sobre qué método o combinación de métodos de excavación resultan ser los más convenientes para un determinado proyecto. Factores como los siguientes son algunos de los más importantes, dejándose de lado las condiciones geotécnicas del macizo, como factor desde ya determinante:

• Longitud; ya se citó en los ejemplos anteriores, que el factor “longitud de un túnel” es relevante a la hora de escoger si se emplea o no una máquina tunelera; con el incremento de la longitud de un túnel, la probabilidad que el empleo de una máquina tunelera sea más competitiva que la excavación convencional crece directamente. Siempre que las condiciones geotécnicas sean razonablemente buenas y no existan incertidumbres importantes con relación a esta realidad, no



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cabe duda que la citada es un hecho, el que por lo general determina que hoy en día se empleen máquinas tuneleras, excepto por otras razones y variables, que podrían hacerlo imposible o poco oportuno. Algunas de ellas se derivan del resto de los criterios citados a continuación.

• Sección transversal del túnel, teniéndose en cuenta las condiciones de gálibo y la necesidad de uso eficiente de la sección transversal mediante máquina tunelera; en túneles de gran cobertura, en dónde las tensiones primarias en el subsuelo son importantes y dónde también es usual, que las tensiones horizontales no sean mucho menores que las verticales –en algunos casos hasta mayores- el uso de secciones transversales completamente circulares es lo más conveniente, dado que ellas son las que menos esfuerzos de flexión le impondrán a los revestimientos que se instalan dentro del túnel, siendo por lo tanto más eficientes desde un punto de vista estructural. Por lo dicho, según cuál sea el trazado final del túnel de baja altura, es bastante probable que para sectores del túnel excavados convencionalmente en dónde las coberturas sean altas, se adopte una sección transversal circular, similar a la que resulta del uso de máquinas tuneleras.

• Trazado y disposición del túnel, considerando todos los aspectos específicos que puedan impedir o hace muy dificultoso el uso de una máquina tunelera, como lo puede ser el caso, cuando se está en la alta cordillera con muchas dificultades de acceso, o cuando el trazado mismo hace inapropiado el uso de aquella; una máquina tunelera también puede resultar poco conveniente, cuando la excavación deba efectuarse a través de un pozo de profundidad importante, convirtiendo todos los aspectos logísticos de transporte y de armado de la máquina misma en problemáticas de alta complejidad, que terminan encareciendo mucho una obra. También es importante considerar, que para túneles con alta cobertura y rocas de calidad pobre o con grandes incertidumbres en la geología, el uso de máquinas tuneleras conlleva un riesgo de llegar a tener problemas imposibles de anticipar o difíciles de mitigar durante la construcción, los que determinen que la máquina no pueda operar eficientemente o se quede totalmente parada. En la actualidad, no obstante, se han desarrollado máquinas tuneleras muy sofisticadas, mediante las cuáles muchos problemas pueden ser salvados, gracias a la incorporación de dispositivos de alta tecnología y la implementación de medidas de prevención tanto antes como durante la excavación, que permiten tomar medidas correctivas antes de llegar a una situación problemática de difícil retorno.

• Entorno y condiciones ambientales en el área del túnel; este aspecto también es relevante a la hora de analizar métodos de construcción, dado que la construcción de un túnel sin duda tiene efectos sobre las condiciones ambientales del entorno; como parte del Estudio de Factibilidad se evaluaron en líneas generales los impactos que temporalmente o en forma permanente producirá la construcción de los túneles y los métodos que alternativamente pueden emplearse.

Efectos ambientales permanentes de un túnel son, por ejemplo, la posible afectación del régimen de aguas subterráneas en el macizo o la de una fuente de aguas termales, como lo es la que se encuentra en Puente del Inca. Estos efectos pueden requerir medidas de mitigación. Respecto a la afectación del régimen de



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las aguas subterráneas, pueden definirse límites para el ingreso de agua al túnel y definir medidas en caso que éstos sean excedidos.

También son efectos permanentes los de posibles asentamientos del terreno durante la construcción. Preliminarmente, se estima que tratándose en general de terreno no afectado por obras o zonas urbanizadas, este efecto no requerirá medidas de mitigación.

Efectos ambientales temporales son varios, básicamente de contaminación, como también asociados a la necesidad de depositación temporal o permanente de marina de excavación y evacuación de las aguas subterráneas, muchas veces contaminadas por la construcción. Todos estos impactos, por lo general, se logran mitigar en forma razonable, siendo bastante típicos en este tipo de obras.

Lo que es una realidad, hoy en día, es que la mayoría de los insumos de la construcción, especialmente aditivos químicos especiales para inyecciones que tendrán que hacerse dentro del macizo, como también otros aditivos para hormigones, tanto proyectados, como moldeados, no son agresivos, ni para el ambiente, ni para el personal de obra.

• Plazos totales de construcción: esta variable, en general, es fundamental en la selección de los métodos de construcción, especialmente en túneles largos, como lo es el caso en esta obra; en general, no sólo por razones geotécnicas, sino también por esta variable suele se lo más conveniente, combinar inteligentemente la excavación convencional con tronadura y la excavación mecanizada mediante máquinas tuneleras;

• Costos de construcción; esta variable es determinante, por supuesto, quedando sin embargo en muchos casos intrínsecamente ligada a la anterior de los plazos totales de construcción; los costos de construcción parciales de no siempre son los determinantes, sino los que surgen de una análisis financiero relacionado con la oportunidad de asumir costos de construcción más elevados, a costa de conseguir con ellos grandes beneficios posteriores, por ejemplo, por la puesta de marcha de un proyecto en forma anticipada y el ahorro de otros costos asociados a este evento.

Los plazos y los costos en general son variables que se tendrán en cuenta directa o indirectamente en la selección de métodos constructivos y sistemas de fortificación, teniendo consideración que la búsqueda de reducción de éstos no afecte la estabilidad, calidad o durabilidad de la obra por debajo de los estándares impuestos

En el capitulo 7.6 de este documento se presenta preliminarmente una propuesta de métodos constructivos para cada tramo del túnel, en primer lugar con la finalidad de estimar cantidades de obra y costos. Cabe desarrollar desde esta base la selección de los métodos constructivos para cada tramo de túnel como parte de la próxima fase de Anteproyecto sobre la base del modelo geológico-geotécnico mas detallado resultando de las investigaciones geológicas a ser ejecutadas durante el verano entrante.



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7.1.2 Excavación convencional (convencional)

Para la excavación convencional, se propone la aplicación de los principios del “Nuevo Método Austríaco de Construcción de Túneles” (NATM o método convencional), el que conlleva una metodología de clasificación del macizo y métodos de excavación e instalación de la fortificación primaria propios, cuyas características se pueden resumir brevemente en los siguientes conceptos:

• Clasificación del macizo rocoso en dos categorías básicas, ambas asociadas al comportamiento de éste, sobre la base de las cuáles se determinará el método de excavación y fortificación del túnel en sus diferentes secciones, siendo éstas las siguientes: ⇒ Rock Mass Type o Tipo de Macizo Rocoso (RMT), como primera etapa de

clasificación del macizo en sectores homogéneos en términos de propiedades geotécnicas y parámetros que puedan indicar que el comportamiento de éste podrá ser similar ante la excavación del túnel, a pesar de corresponder a tipos litológicos de rocas diferentes;

⇒ Behaviour Types o Tipos de Comportamiento del Macizo (BT), como segunda parte de la clasificación geológico-geotécnica, en la que intervienen los así llamados “factores de influencia”, es decir, variables que determinan, para cada obra y sector de obra particular, cómo se comportará un cierto tipo de macizo (RMT) a consecuencia de la excavación del túnel. La clasificación en término de Tipos de Comportamiento “BT” es la determinante para la propuesta y verificación del método de excavación y sistema de fortificación;

• Instalación de un sostenimiento inicial o primario inmediatamente detrás del frente de excavación, empleándose sistemas / elementos de fortificación con un cierto grado de flexibilidad, tal como lo son el hormigón proyectado, reforzado con malla o fibras de acero, anclajes o pernos de roca y, en caso de necesidad, marcos metálicos y otras medidas especiales auxiliares que no son de uso sistemático; en función de cada Tipo de Comportamiento del macizo se definirán las así llamadas “Clases de Sostenimiento o Fortificación”, las que constituirán las bases de pago; A lo largo del túnel, y en función de la clasificación geotécnica pronosticada, se harán asignaciones de sistemas de fortificación o sostenimiento típicos y especiales. El pago de las actividades de excavación y fortificación primaria del túnel, con todas las medidas asociadas (ventilación, drenaje, etc.), se basará prioritariamente en los sistemas de fortificación típicos y especiales, conjuntamente con todas las medidas auxiliares necesarias, de aplicación extraordinaria.

• Implementación de un sistema de mediciones o monitoreo, en forma simultánea a la excavación, de aplicación sistemática hasta la terminación de la obra gruesa del túnel, tanto en término de deformaciones dentro del túnel –y en superficie, cuando la cobertura es baja-, como también de otras variables geotécnicas que dan cuenta del comportamiento tensional del macizo y los elementos de fortificación; la finalidad de este monitoreo es contar con parámetros inmediatos del comportamiento interactivo del macizo y los sistemas de la fortificación y, con ello, la posibilidad de comparar el comportamiento previsto en el diseño con el que realmente se materializa. El comportamiento interactivo del macizo y los sistemas de fortificación sólo se puede conocer con suficiente anticipación y precisión a través de un sistema de



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instrumentación instalado en forma oportuna en el frente de excavación de un túnel. Típicamente se medirán deformaciones de puntos de referencia instalados en el revestimiento recientemente construido (mediciones absolutas en 3D). Adicionalmente, en forma menos frecuente, se instalarán instrumentos geotécnicos, mediante los que se medirán deformaciones específicas en hormigón / acero, para convertirlas a tensiones, fuerzas en anclajes, deformaciones del macizo alrededor del túnel, presiones del macizo sobre el revestimiento del túnel, como también otros parámetros de interés específico. Sin la implementación de un sistema de monitoreo no será posible calibrar el diseño teórico con el comportamiento real y muy difícil hacer ajustes en métodos de trabajo y medidas de fortificación, para lograr la mayor economía de obra posible, sin poner en riesgo la estabilidad del túnel.

• Instalación de un revestimiento definitivo interno o secundario en el túnel, con el que se logra la estabilización y resistencia definitivas de la obra subterránea, como también la provisión de una serie de otras características y funcionalidades específicas para cada proyecto particular, como parte de las cuáles puede destacarse especialmente la impermeabilización de la obra, la mejora de condiciones para la ventilación, la garantía de durabilidad, especialmente también frente al fuego, en sectores particulares, etc. El revestimiento definitivo será de hormigón colado in situ, armado o sin armadura. La decisión sobre qué tipo de revestimiento definitivo usar será tomada en base a criterios técnicos (resistencia, deformabilidad, impermeabilidad, etc.), criterios económicos, garantía de durabilidad (en caso de emergencias, como incendios, o por acciones erosivas, como lo puede ser acciones químicas).

El procedimiento de clasificación geológico-geotécnica y diseño de los métodos de construcción y fortificación primaria de túneles dentro del ámbito de la excavación convencional que se propone para los túneles del presente proyecto es el que se emplea actualmente en Austria, estando sus principios consignados en el documento Ref. [6]. El procedimiento de diseño geotécnico de un túnel se describe mediante el diagrama de flujo presentado en el capítulo 7.3.1.3 de este informe.

7.1.3 Excavación mecanizada (con máquina tunelera, TBM o Escudo)

Se prevé la excavación con maquina tunelera en tramos de geología de mejor calidad y favorable para este tipo de excavación. Estos tramos se describen en el capitulo 7.5. Sobre la base del conocimiento actual de las condiciones geológicas se consideran los siguientes tipos de maquina para la excavación del túnel principal del presente proyecto:

• Maquina tunelera abierta (TBM)

• Maquina tunelera con escudo (sin sostenimiento activo del frente)

Para ambos tipos de maquina se trataré de maquinas de corte completo, por varias razones, entre las cuales destacan aspectos logísticos y de rendimiento.

Para excavación con máquina tunelera pueden aplicarse, en principio, dos tipos de sostenimiento primario o sistema de fortificación inicial, siendo éstos los siguientes:

- Dovelas prefabricadas (habitualmente de hormigón armado de alta resistencia); se instalan con el uso de máquinas del tipo “escudos”, siendo básicamente de



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empleo en condiciones geológicas poco favorables, vale decir, macizos rocosos altamente fracturados / meteorizados con gran potencial de desprendimiento de cuñas, o suelos blandos;

- Sostenimiento “clásico”, consistente de los usuales elementos de fortificación en túneles en roca, vale decir, hormigón proyectado, marcos de acero, pernos de roca pasivos, etc.), empleándose en este caso las así llamadas Tunnel Boring Machines (TBM) para roca dura, o máquinas tuneleras abiertas, sin escudo y con mordazas;

En caso de sostenimiento clásico detrás de la máquina tunelera tipo TBM abierta – como para la excavación convencional – se propone la aplicación de los principios del “Nuevo Método Austríaco de Construcción de Túneles” (NATM o método convencional) descritos en el capítulo 7.1.2.

El tipo de sostenimiento seleccionado para la excavación con máquina tunelera depende de las condiciones geológico-geotécnicos y de factores logísticos (disponibilidad de materiales y tecnología, distancia a fábrica de dovelas, transporte y almacenamiento de dovelas etc.).

En primer lugar, el sistema de sostenimiento asociado a la construcción mecanizada tendrá relación con las condiciones geológicas e hidrogeológicas, siendo el resultado de la consideración de criterios técnicos (aptitud de los sistemas), económicos (siempre que diferentes métodos son aptos técnicamente) y otros aspectos relacionados con la calidad o durabilidad de la obra misma. La selección de los sistemas de sostenimiento más apropiados se basará en consideraciones teóricas, en los requerimientos de normas, en la experiencia hecha en otras obras similares actualmente en construcción y en los requerimientos que específicamente se convengan con el Cliente para el presente proyecto.

Para el revestimiento definitivo interno o secundario deben definirse objetivos y criterios para el túnel en operación, en función de las condiciones del presente proyecto, así que estos aplican independientemente del método de excavación. Por esto, los criterios mencionados anteriormente para el método convencional valen igualmente para el revestimiento secundario en caso de excavación con maquina tunelera, aunque la manera de ejecución del mismo sí depende del tipo de la máquina.

El revestimiento definitivo de un túnel excavado con maquina tunelera puede ser construido de una de las formas siguientes:

• de hormigón colado in situ o

• de dovelas (elementos premoldeados)

Un revestimiento de hormigón colado in situ se construye en caso de excavación con TBM abierta e instalación anterior de un revestimiento primario de tipo convencional.

Para excavación con maquina tipo escudo se usan dovelas premoldeados como único revestimiento definitivo, siempre que no exista la necesidad de un doble revestimiento. En caso de necesidad de instalación de un doble revestimiento debe



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instalarse un revestimiento secundario, hecho de hormigón colado después de la instalación de dovelas como revestimiento inicial.

La decisión sobre qué tipo de revestimiento definitivo usar será tomada en base a criterios técnicos (resistencia, deformabilidad, impermeabilidad, etc.), criterios económicos, garantía de durabilidad (en caso de emergencias, como incendios, o por acciones erosivas, como lo puede ser acciones químicas).

Dentro del alcance de este capítulo de los criterios de diseño se incluye también una descripción resumida de los tipos de máquinas tuneleras más comunes en la actualidad, junto con comentarios sobre su aplicabilidad para el presente proyecto.

Desde el punto de vista de la tipología de máquinas para excavación de túneles, en primer instancia existen dos categorías, a saber:

• Máquinas sin sostenimiento inmediato: son aquellas en las que la cavidad excavada no es sostenida por la misma máquina, requiriéndose por lo tanto una calidad mínima del macizo para dar lugar al autosoporte en el frente de excavación. Se cuentan entre éstas los siguientes tipos de máquinas: - Máquinas de corte parcial, dentro de la que se cuentan las excavadoras,

martillos hidráulicos y las rozadoras (roadheader), todas ellas de uso generalizado en la construcción de túneles por métodos convencionales y cada cuál apropiada para una cierta banda de condiciones geotécnicas particular (ver Figuras 18 y 19, a título de ejemplo);

Figura 18 – Excavadora y Martillo Hidráulico/Neumático

Figura 19 – Rozadora



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Excavadoras son usadas en suelos y rocas muy blandas, o en menor medida también en rocas con muy alto grado de fracturamiento. Martillos se emplean en rocas con alto grado de fracturamiento, siendo, no obstante, por lo general equipos complementarios de excavación. Finalmente, las rozadoras son ideales para excavación en rocas blandas o rocas de mediana dureza que tengan un alto grado de fracturamiento. Máquinas de este tipo podrán ser de empleo en los frentes de excavación convencional que se ejecuten para los túneles de este proyecto. No obstante, la decisión final sobre la conveniencia en el empleo de estas máquinas le compete al contratista de la construcción, dado que es él el que debe hacer un análisis de costo / rendimiento y justificar su uso frente a la excavación convencional por tronadura. Deberá hacerse esta decisión con el mejor conocimiento de la situación geológico-geotécnica desarrollado sobre la base de los sondajes profundos a ser ejecutados.

- Máquinas de corte completo, siendo éstas las máquinas tuneleras tipo TBM, o máquinas abiertas, sin escudo, las que se arriostran el macizo mediante mordazas laterales y detrás de las cuáles la fortificación se ejecuta con medios convencionales; este tipo de máquina (ver siguientes Figuras 20 a 22, a título de ejemplo);

1 Corte del cabezal de

corte 4 Sistema frontal de

mordazas 7 Accionamiento

electrohidráulico

2 Escudo del cabezal de corte

5 Sistema trasero de mordazas

8 Soporte trasero

3 “Kelly” interno 6 Cilindros de propulsión 9 Cinta transportadora

Figura 20 – Representación de una TBM abierta

Las TBM abiertas de gran diámetro pueden ser equipadas con un escudo techo (roof shield) o un escudo cabezal de corte (cutterhead shield); en ambos casos se trata de escudos cortos cerca de la cabezal de corte para protección del equipo (ver figuras siguientes). TBM abiertas sin protección de la forma antedicha hoy en día se usan en forma limitada solo para pequeños diámetros.



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Figura 21 – Máquina tunelera abierta para roca dura (hard rock TBM)

Figura 22 – Máquina tunelera abierta para roca dura (hard rock TBM)



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Máquinas de este tipo, en principio, son las más indicadas para frentes de excavación de túneles en macizos rocosos de buenas condiciones geotécnicas, es decir en rocas de medio a largo plazo de autosoporte (standup time). Otro requisito importante para el uso de este tipo de máquinas es una resistencia del macizo suficiente para el arriostramiento de la máquina. Este tipo de maquinas puede utilizarse de la forma mas económica en caso que no se requiera sostenimiento inicial de forma sistemática. Condiciones geológicas favorables así pueden encontrarse dentro de los tramos de rocas de tipo volcánico que deben ser atravesadas por el túnel de baja altura y también por eventuales otros túneles de longitud importante. Los elementos de sostenimiento inicial se instalan detrás de la maquina misma, preferiblemente a una distancia de 10 a 15 m en la zona del “back up”, requiriéndose una calidad mínima y un cierto nivel de autosoporte del macizo. Solo en caso que sea imprescindible deben instalarse ciertos elementos de sostenimiento (marcos de acero, malla), como mínimo posible, inmediatamente detrás de la cabezal de corte en la zona de la máquina misma. Siempre que sea posible la instalación del sostenimiento inicial debe ser ejecutado detrás de la maquina. Este aspecto es importante para permitir la instalación del sostenimiento inicial independiente de la excavación con la finalidad de optimizar el proceso de trabajo y realizar los altos rendimientos posibles con este tipo de maquina. En el túnel ferroviario de base San Gotthard en Suiza, de 57 km de longitud, varias de estas máquinas están y estuvieron en operación. Lo mismo será el caso para el túnel ferroviario de base Brennero, de 54 km de longitud, que se emplazará entre Austria e Italia sobre el Eje Munich – Verona. La ventaja de las presentes máquinas frente a otras del tipo “escudo”, como descritas seguidamente, es que, al ser cortas, las deformaciones que sufre el macizo en sectores de altas coberturas, que puede llegar a valores radiales de varios decímetros, no constituyen un riesgo de aprisionamiento de la máquina. Al mismo tiempo, mediante su empleo es posible definir, tal como lo es típico en métodos de excavación convencional, sistemas de fortificación más o menos flexibles, a fin de lograr una mayor economía en la instalación de elementos de soporte y menor riesgo de la materialización de sobrepresiones en los revestimientos primario y definitivo del túnel. La desventaja de este tipo de maquinas es que en condiciones geológicos no tan favorables, como en rocas muy fracturadas, podrán ser necesarias medidas de tratamiento del macizo (por ejemplo para evitar caída de cuñas o mejorar el arriostramiento de la maquina) y, como consecuencia de ello, paradas y rendimientos de excavación menores. A modo de ejemplo, que puede resultar bastante apropiado para el presente proyecto, citamos las características de un par de máquinas tuneleras TBM que fueron las responsables de excavar los dos túneles correspondientes a la sección más al norte del Túnel San Gotardo, llamada, sección “Amsteg”. - Tipo de máquina: hard rock TBM – tunelera para roca dura de frente

abierto - Diámetro de excavación: 9,58 m



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- Herramientas de corte en el cabezal: 62 discos de 17” cada uno - Motores de accionamiento del cabezal: 10 motores, total 3.500 MW - Velocidad de giro: variable, entre 0 y 6 RPM - Potencia total instalada: 7.800 MW - Fuerza de empuje total: 27.500 kN - Peso total de la máquina: 3000 Ton (con máquina sólo, 1.300 ton) - Longitud total de la máquina; 441 m - Costo total; aprox. 30 Millones de Francos Suizos (aprox. Igual en dólares)

• Máquinas con sostenimiento inmediato / máquinas con escudo: son aquellas en las que la cavidad excavada es sostenida por la misma máquina mediante un así llamado escudo, inmediatamente detrás del frente de excavación a lo largo de la longitud de toda la máquina misma, sin o con sostenimiento continuo del frente de excavación, hasta que, detrás de ésta, se instalan elementos de soporte anulares, llamados dovelas, las que por lo general son de hormigón premoldeado. Dentro de esta categoría de máquinas se tiene los siguientes tipos más comunes: - Máquinas de corte parcial, son máquinas que no poseen cabezal de corte en

el frente, sino herramientas de corte parcial, pudiendo ser éstas brazos excavadores, brazos con rozadoras o brazos con martillos hidráulicos, pero también combinaciones de estas herramientas, cuando el diámetro de la máquina es grande; (ver siguientes Figuras 23 a 26). Este tipo de máquinas puede ser equipado sin o con sostenimiento del frente de excavación, es decir con frente abierto o cerrado; el sostenimiento del frente en este tipo de máquinas se produce a través de los principios de “presión de tierra” o de “presión hidráulica” o con aire comprimido, de modo similar a los tipos descritos a continuación para máquinas de corte completo.

Figura 23 – Escudos con brazo con herramienta de excavación

Por lo general este tipo de máquinas no es apropiado para macizos rocosos, sino especialmente para suelos con un grado de autosoporte propio suficiente y excavación de túnel sobre la napa freática. No se prevé el uso de este tipo de máquinas en el presente proyecto.



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- Máquinas de corte completo, al igual que las otras, son escudos cilíndricos que tienen la función de sostener el subsuelo perimetralmente a su alrededor, hasta haber instalado anillos prefabricados cerrados que constituyen el revestimiento del túnel, con la diferencia que poseen cabezal de corte en el frente. Dentro de este tipo de escudos se distinguen los que tienen la posibilidad de ejercer presión hidráulica en el frente (mediante suspensiones de bentonita o una pasta de suelo mezclada con agua y aditivos), o los que no la tienen, en cuyo caso el frente de excavación sólo puede ser sostenido mecánicamente a través del propio cabezal de la máquina. Dentro del primer tipo se tienen los así llamados “hidroescudos”, o “slurry shield”, cuando la presión se ejerce mediante una suspensión líquida, transportándose la marina excavada a través de la suspensión por bombeo y tuberías hacia el exterior, y los que se llaman “escudos de lodos” o “earth pressure balanced shield (EPB-shield)”, en los que la presión en el frente se ejerce mediante una pasta de suelo mezclada con agua y aditivos, la que se evacua del frente con un tornillo sin fin y una cinta transportadora. (Ver siguientes ilustraciones).

Figura 24 – Escudo frente cerrado – con presión mecánica en el frente (tipo TBM abierta)

Figura 25 – Escudo frente cerrado – con presión hidráulica en el frente (escudo EPB)



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Figura 26 – Escudo frente cerrado – con presión hidráulica en el frente (escudo slurry)

Máquinas de este tipo se utilizan preferentemente en suelos y bajo la napa freática, especialmente en condiciones de excavación de túneles urbanos, en dónde la presión primaria en el suelo es relativamente limitada y existen grandes riesgos de colapso por la falta de estabilidad propia del terreno, como también daño de estructuras y edificaciones cercanas por posibles asentamientos ocasionados por la excavación subterránea. Las máquinas tipo EPB en general son de aplicación en suelos finos, mientras que los escudos slurry son más convenientes en suelos granulares. Escudos abiertos, sin presión hidráulica en el frente son de uso en suelos cohesivos de más grado de autosoporte y, por lo general, de uso sobre la napa freática.

Hay que destacar que actualmente se distinguen máquinas abiertas (TBM) con escudos y máquinas tipo escudo sin presión hidráulica en el frente. El primer tipo, el cabezal de corte del cual es muy parecido al de las TBM abiertas sin escudo, es para excavación en rocas fracturadas y de corto plazo de autosoporte (standup time). El segundo tipo preferiblemente es para excavación en suelos como ya mencionado anteriormente. La diferencia principal entre los dos se basa en la geometría de la rueda de corte como asimismo en las herramientas de corte.

Los escudos también son de aplicación en macizos rocosos, especialmente si estos no son tan competentes y si la acción y presencia de agua subterránea puede desmejorar fuertemente el grado de estabilidad propio, generando al mismo tiempo grandes caudales de infiltración dentro del túnel en excavación. Es muy común que escudos con presión hidráulica se empleen también en macizos muy heterogéneos, en dónde se tienen alternancias bruscas y reiteradas de zonas de buena calidad (roca dura, competente) y zonas de muy mala calidad (rocas muy fracturadas y descompuestas / alteradas, hasta convertidas en suelo residual). En estos casos, el escudo trabaja con el frente cerrado, tanto en las zonas buenas, como en las malas. Cuando los sectores de roca buena son conocidos y suficientemente largos, se hace razonable cambiar del modo de operación cerrado, asociado a sectores de mala calidad bajo la napa freática, a operación abierta, en los sectores de roca buena.



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Este tipo de escudos podrían ser de aplicación en este proyecto. No obstante, por lo que se puede anticipar con el grado de avance que se tiene en relación a las investigaciones geológicas, no sería necesario emplear escudos en las rocas volcánicas que pertenecen a la Formación Juncal (sector limítrofe y, en general, sectores de túneles en Chile), dado que éstas son de suficiente grado de autosoporte, para no requerir el uso de escudos. Además, la instalación de dovelas en rocas duras no constituye el revestimiento primario más adecuado, por un lado, por no tener el grado de flexibilidad necesario para acompañar las deformaciones del macizo (existen hoy en día sistemas de dovelas flexibles, con elementos de amortiguación propios, siendo éstos sin embargo muy costosos), por el otro, por ser un sostenimiento muy poco versátil para las condiciones cambiantes del macizo, volviéndose antieconómico, ya que debe ser dimensionado para las condiciones geotécnicas más desfavorables.

Siempre que el túnel de baja altura deba cruzar rocas muy blandas, como lo son los yesos, anhidritas y rocas sedimentarias blandas entre Quebrada Cerro Navarro y Puente del Inca, en Argentina, no se descarta que un escudo del tipo aquí descrito pueda resultar de aplicación. Sin embargo, se cree que debido a la imposibilidad de mantener la cobertura en rangos reducidos (menor a 100-200 m) y considerando que es altamente probable que a la profundidad del trazado de túneles se encuentre preponderantemente anhidrita y no yeso, material que en contacto con agua sufre un proceso químico acompañado de una expansión volumétrica elevada, el riesgo de excavar estas rocas mediante un escudo sería elevado. A priori, la metodología de excavación que se propondría con el limitado grado de avance que se tiene en las investigaciones geológicas (sólo superfi-ciales, hasta después de los sondajes profundos a ser ejecutados del verano 2008-2009) es la excavación convencional con método convencional. Dentro del grupo de máquinas del tipo escudo también existe una especial, llamada escudo doble, la que se ilustra en la Figura 27.



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Figura 27 – Escudo frente cerrado – con presión hidráulica en el frente – Tipo Escudo Doble

La particularidad de esta máquina es doble; por un lado, al estar dividida en dos sectores, con doble grupo de cilindros hidráulicos de empuje, y tener además mordazas laterales (3), mediante las que el cabezal de la máquina (2) puede encontrar una fuerza de reacción para su impulsión, es posible llevar a cabo simultáneamente la excavación en el frente y la instalación de dovelas atrás, en la cola del escudo (5). Por otro lado, por disponer de mordazas, la máquina puede instalar o no dovelas, como medida de fortificación del macizo, permitiendo por lo tanto también la instalación de fortificación convencional, junto con una propulsión como una máquina de roca dura o “hard rock TBM”, a pesar de tener escudo. Sin duda, esta máquina es muy interesante, ya que combina la posibilidad de lograr muy buenos rendimientos de avance, con la de poder operar en forma diferente en condiciones de macizo de buena calidad y macizo pobre geotécnicamente hablando. Habitualmente se emplean dovelas prefabricadas en conjunto con máquinas escudo doble, según la experiencia hasta ahora. Especialmente con uso de dovelas hexagonales (siendo un sistema el que involucra un proceso continuo para la instalación de las dovelas) se han logrado rendimientos máximos hasta 70 m / día con diámetros entre 5 y 7 m. Un factor limitante (respecto a los rendimientos) podría ser puesto por el diámetro de la máquina aunque diámetros en el rango de 10 metros, como será el caso en el presente proyecto, ya se han realizado exitosamente. Tal como se describe más adelante en este capítulo 7, según se trate de una alternativa de túnel de baja altura muy larga, como las Alternativas A5 y A8 o una corta, como la A10a, puede verse que son diferentes las proporciones relativas de empleo de máquina tunelera frente a las de excavación convencional propuestas. Los rendimientos de avance promedio de máquinas tuneleras estarán entre los 8 y 15 m/día, según un gran número de factores técnicos y logísticos. Para excavación convencional, éstos variarán en función de la calidad del macizo y el tipo de acceso de construcción (portal, galería intermedia, pozo). El rango de rendimiento promedio, siempre en el largo plazo, es decir, no por sectores particulares, sino por frentes de mayor longitud, podrá estar entre los 1,5 y 3,5 m/día.



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7.2 Vida Útil del Proyecto

Estructuras subterráneas, en general, es decir, túneles principales, galerías de acceso / escape, pozos y cavernas, como cualquier otra obra civil asociada, tendrán una vida útil de mínimo 100 años, independientemente de que a lo largo de ésta se requieran trabajos de inspección, mantenimiento y eventual reposición. Esta vida útil no estará estrictamente limitada a la citada vida útil, siendo ésta un valor que indica que prevalecerán, ante todo, criterios de diseño que garanticen la mayor posible durabilidad de todas las estructuras y equipamiento de las obras subterráneas.

7.3 Diseño Estructural

7.3.1 Sostenimiento Primario

7.3.1.1 Sistema de Sostenimiento Primario

Como se indicó antes, el método de excavación de un túnel en forma primaria depende de las condiciones geológicas y geotécnicas del macizo. Por otra parte, el sistema de sostenimiento inicial depende del método de excavación y, obviamente, debe ser apto para las condiciones geológicas y geotécnicas. Se indica a continuación la asignación del sistema de sostenimiento asociado al método de excavación:

Método de excavación Sistema de sostenimiento inicial Excavación con máquina tunelera abierta tipo “TBM”

Sostenimiento “clásico” consistente de hormigón proyectado, marcos de acero, pernos de roca pasivos, etc.

Excavación con máquina tunelera tipo “escudo”

Dovelas prefabricadas habitualmente de hormigón armado de alta resistencia

Excavación convencional Sostenimiento “clásico”, consistente de hormigón proyectado, marcos de acero, pernos de roca pasivos, etc.

7.3.1.2 Dovelas prefabricadas

Las dovelas prefabricadas se emplean en caso que la excavación se realice con máquina tunelera tipo “escudo”. Los dovelas se instalan al final del escudo de la máquina tunelera formando un “anillo”, una vez completada la instalación dentro de un ciclo de excavación y fortificación. El área de “vacío del anillo”, es decir, el espacio entre el perímetro de excavación y la cara exterior de las dovelas, se rellena habitualmente con mortero o con grava, dependiendo del tipo de dovelas.

Se distinguen los siguientes tipos de dovelas:

- Dovelas sin sellos con instalación posterior de un revestimiento secundario con la finalidad de dar la impermeabilización al túnel. Este tipo de dovelas es común para túneles en roca sobre la napa freática o para túneles con sistema de drenaje para evacuar las aguas subterráneas. El relleno del vacío del anillo típicamente es de grava.



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- Dovelas con sellos para estanqueidad instantánea del túnel; este tipo de dovelas se requiere en conjunto con máquinas tuneleras con escudo y frente cerrado, vale decir, en suelos blandos bajo la napa freática, donde no es posible deprimir el nivel freático y/o la minimización de los asentamientos en superficie son un requisito clave para la construcción del túnel. El relleno del vacío del anillo típicamente en este caso se materializa mediante mortero de cemento inyectado a presión. Los requerimientos antes mencionados son típicos para túneles urbanos y por lo tanto en éste proyecto no será empleado este tipo de dovelas.

El empleo de dovelas prefabricadas como sostenimiento inicial tiene ciertas limitaciones en rocas, en las cuales es muy probable que las deformaciones sean grandes y/o se requiere un cierto nivel de deformación radial del macizo para movilizar el autosoporte del mismo. En estas condiciones, las dovelas no constituyen el revestimiento primario más adecuado, por un lado, por no tener el grado de flexibilidad necesario para acompañar las deformaciones del macizo (existen hoy en día sistemas de dovelas flexibles, con elementos de amortiguación propios, siendo éstos sin embargo muy costosos), por el otro, por ser un sostenimiento muy poco versátil para las condiciones cambiantes del macizo lo cual lo vuelve antieconómico ya que debe ser dimensionado para las condiciones geotécnicas más desfavorables.

7.3.1.3 Sostenimiento “clásico” y Clases de Soporte

Este sistema de sostenimiento inicial es el que se emplea para la excavación convencional y con máquina tunelera tipo TBM abierta. Para ambos métodos de excavación, se propone la aplicación de los principios del “Nuevo Método Austríaco de Construcción de Túneles” (convencional), el que conlleva una metodología de clasificación del macizo y métodos de excavación e instalación de la fortificación primaria propios, cuyas características se resumen brevemente en los conceptos ya descritos en el capítulo 7.1.

Sobre la base del modelo geológico-geotécnico desarrollado mediante la campaña de geología en terreno será realizada una clasificación del macizo rocoso y la determinación del sostenimiento inicial para cada método de excavación. Esto será desarrollado en la próxima fase de Anteproyecto.

La definición de clases de roca y la determinación de tipos de comportamiento del macizo rocoso serán realizadas sobre la base de las “Directivas de diseño geomecánica”, Ref. [6]. La determinación de las clases de soporte será realizada haciendo referencia a la Norma Austríaca ÖNORM B2203, Ref. [7]

El procedimiento de clasificación geológico-geotécnica y diseño de los métodos de construcción y fortificación primaria de túneles dentro del ámbito de la excavación convencional que se propone para los túneles del presente proyecto es el que se emplea actualmente en Austria, estando sus principios consignados en el documento Ref.[6]. En grandes líneas, el procedimiento de diseño geotécnico de un túnel se puede resumir a través del diagrama de flujo ilustrativo incluido en la Figura 28.



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Parám. geotécnicos relevantes

Determinar

Determinar

Orientac. Discontinuidades Tensión primaria Agua subterránea

Determinar

SB igual a

RQ

Determinar

D eterm in ation ofexcavation an d su p p orD

S p ecificatio n sreg u latio n sfor

m easu rem en ta n d p aym en t

TIPOS DE MACIZO ROCOSO (RMT)

Tamaño, forma y emplazamiento del túnel

Comportamiento del sistema (SB)

Identificación de condiciones de borde

Definición de requerimientos (RQ)

TIPOS DE COMPORTAMIENTO (BT)

EXCAVACIÓN Y FORTIFICACION

DETERMINACIÓN DEL PLAN BASICO DE CONSTRUCCION

CLASES DE EXCAVACION

Asignación de Clases de Excavación

Documentos de Licitación

Figura 28 - DISEÑO GEOTÉCNICO EXCAVACIÓN CONVENCIONAL - DIAGRAMA DE FLUJO

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Los Tipos de Comportamiento considerados típicos en la excavación de túneles en roca son presentados por la recomendación austriaca, y se ilustran a continuación en la tabla de la siguiente Figura 29

Tipo de Comportamiento (BT) Descripción del modo / mecanismo potencial de falla durante la excavación del macizo no fortificado

1 Estable Macizo estable, con potencial de caída de pequeños bloques locales por acción de la gravedad o por deslizamientos de cuñas

2 Estable con potencial de caída de bloques controlados por discontinuidades

Caída y deslizamiento de bloques y cuñas por efecto de discontinuidades de profundidad importante, con fallas por corte del macizo ocasionales

3 Falla por corte poco profunda

Fallas por corte del macizo poco profundas, combinadas con inestabilidades controladas por acción de gravedad y discontinuidades

4 Falla por corte profunda Fallas por corte del macizo profundas, asociadas a grandes deformaciones

5 Estallido de roca Falla repentina y violenta del macizo, ocasionada por rocas muy frágiles sometidas a elevadas presiones y la repentina relajación de energía acumulada

6 Falla por pandeo Pandeo del macizo constituido por rocas con familias de discontinuidades de espaciamiento reducido, frecuentemente asociado con fallas por corte

7 Falla por corte con baja presión de confinamiento

Sobreexcavaciones potenciales y fallas progresivas por corte del macizo, con desarrollo de fallas del tipo chimeneas, causadas preponderantemente por una falta de presión lateral de confinamiento

8 Subsuelo que se desgrana Flujo de roca intensamente fracturada o suelos sin cohesión, secos o húmedos

9 Subsuelo que fluye Flujo de roca intensamente fracturada o suelos con alto contenido de agua

10 Expansión del macizo Incremento del volumen del macizo diferido en el tiempo, causado por reacciones físico-químicas de la roca con agua, en combinación con relajación de tensión, tendiendo a la deformación de la cavidad hacia su interior

11 Macizo heterogéneo, con características de deformación muy cambiantes

Rápidas variaciones de tensión y deformación, causadas por una configuración de macizo del tipo “bloque dentro de matriz”, aplicable a zonas de falla geológica frágiles

Figura 29 – Tipos de Comportamiento del Macizo Rocoso, según Norma Austríaca

El sostenimiento “clásico” está constituido por los siguientes elementos de fortificación:



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Hormigón proyectado

Requisitos conforme a las normas y directivas respectivas nacionales o internacionales, particularmente según Ref [15]. El hormigón proyectado o shotcrete es utilizado como elemento portante central, como así también como medida contra relajación o desprendimientos de las superficies de excavación.

El hormigón proyectado puede aplicarse reforzado con mallas o fibras de acero o sin armaduras.

En condiciones del subsuelo muy pobres, en general asociados a tapadas elevadas, donde el mismo ejerce elevadas y continuas presiones sobre la cavidad y se producen grandes y veloces deformaciones y asentamientos, el empleo de ranuras (aberturas) longitudinales en el hormigón proyectado ha mostrado ser muy eficientes. Dichas aberturas, al contraerse, absorben las deformaciones permitiendo grandes convergencias de la cavidad sin que por ello se pierda la función de sostenimiento del revestimiento. Asimismo, se convierten en un elemento de control visual que informa acerca de la magnitud y la velocidad de los desplazamientos.

Pernos de roca pasivos

Deberán ser diseñados conforme a las normas y directivas respectivas nacionales o internacionales.

Los anclajes o pernos de rocas son elementos de sostenimiento que, aparte del subsuelo mismo, cumplen con una de las funciones más importantes en el sostenimiento de túneles modernos. Pueden ser usados como elemento local para sostenimiento de bloques de roca individuales inseguros o para reducir la distancia libre entre bloques de roca o sistemáticamente en caso de ser un elemento de soporte requerido en una distribución regular.

Los pernos aumentan la calidad de la roca al aumentar su resistencia al corte y, en caso de ser postensados, crean un estado de tensión semi-tridimensional al proveer una presión de confinamiento sobre la superficie excavada del subsuelo.

Los tipos de pernos más comunes que se considerarán para este proyecto son, a título de ejemplo, los siguientes:

- Pernos sin lechada de cemento - tipo de expansión - Pernos de fricción - tipo a fricción (“Swellex”) - Pernos con lechada o mortero de cemento - Pernos de inyección autoperforantes - Pernos especiales

La elección del tipo de perno dependerá de las condiciones geológico-geotécnicas encontradas durante la construcción del túnel.



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Marcos de acero

En los sectores de túnel con condiciones geológicas y/o geotécnicas desfavorables, donde los pernos pasivos resulten insuficientes, especialmente inmediatamente después de la excavación, deberá recurrirse a una fortificación adicional mediante marcos de acero. Se consideran los siguientes tipos de marcos metálicos:

- marcos reticulados - marcos de perfil U o H - marcos con conexión deslizante

Medidas especiales

Cuando las condiciones geológicas, hidrogeológicas o geotécnicas en el frente de excavación lo requieran, se deberán prever las siguientes medidas adicionales:

- Elementos de soporte adicional como marchiavanti y paraguas - Inyecciones de consolidación, de impermeabilización, etc.

La elección de una u otra medida de fortificación especial deberá evaluarse en cada caso particular.

7.3.2 Revestimiento definitivo

7.3.2.1 Recomendaciones, Normas y Antecedentes

En principio, ante la ausencia de normas locales argentinas explícitas para el tratamiento de este aspecto de diseño de las obras subterráneas, se tomarán como referencia las siguientes normas y recomendaciones europeas:

- Directiva de la ÖVBB (Directiva de la Comisión Austríaca para Hormigones y Técnica Constructiva) para hormigón de revestimientos definitivos de túneles, Ref [16]

- Directiva de la ÖVBB para hormigón con fibras, Ref.[17] - Eurocódigo EC 2, Ref. [18] - Directiva de la Comisión Austríaca para Hormigones y Técnica Constructiva

(ÖVBB) para hormigón proyectado, Ref. [15]

7.3.2.2 Generalidades

El revestimiento definitivo tiene el objetivo de garantizar la estabilidad estructural y la impermeabilización del túnel, como también el cumplimiento de requerimientos operacionales y de funcionalidad varios. Los criterios claves para el diseño del revestimiento definitivo son los siguientes:

• Cargas externas e internas

Cargas del macizo rocoso; Presión externa de agua; Fijaciones/apoyos para rieles, vía o vereda de escape / rescate,

equipamientos electro-mecánicos, señales, telecomunicación, catenaria



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Acción de la temperatura, producto del gradiente término del macizo en función de la profundidad a la que está el túnel;

Acción de temperaturas diferenciales cerca de los portales del túnel, resultando del ciclo temporal (verano – invierno);

Acciones de retracción y fluencia; Acciones de presión y de depresión aerodinámica dentro del túnel; Cargas impuestas de la superficie, en sectores de baja cobertura; Cargas provenientes de la acción expansiva de rocas, siempre que

existentes; Acciones sísmicas, en tanto sean relevantes, según el tipo de macizo en

dónde se encuentre el túnel;

• Estanqueidad / sistema de impermeabilización;

Según el sector de macizo atravesado por el túnel, aspectos de impacto ambiental, de permeabilidad del macizo, de presión de aguas, de agresividad de las aguas, etc., se analizará qué tipo de solución se adoptará, es decir, si se propondrá un revestimiento totalmente estanco, o sólo parcialmente estanco, el que permite el ingreso y la captación controlada de agua en la solera del túnel;

• Superficie interna de túneles y cavidades;

En función de condiciones que tienen que ver con la rugosidad necesaria o propicia por motivos de la ventilación y de otros efectos aerodinámicos, constructivos, estéticos y funcionales, se analizará qué tipo de terminación interna se proveerá en túneles de vía principales, como también en el resto de las cavidades subterráneas, tales como galerías, cavernas, nichos, piques, etc.

• Durabilidad:

Aspecto de gran relevancia en túneles y otras obras subterráneas, como los que serán parte de este proyecto, en especial, porque ante problemas de durabilidad que requieran de obras de mantenimiento o reposición de importancia, se verá obstaculizada la operación del sistema y, por ende, menguada la capacidad de tránsito e ingresos. Los aspectos que están asociadas a la durabilidad de las es-tructuras de hormigón y de acero, como también de otros elementos constructivos, como lo son los drenajes, membranas de impermeabilización, juntas, etc., son muy variadas, teniendo que ver con varios de los demás criterios de diseño que se mencionan en este capítulo. Este criterio de diseño será relevante en todo el espectro de medidas y técnicas constructivas que serán propuestos para esta obra. Aparte de acciones externas, que atentarán contra la durabilidad de la obra, existirán también acciones internas, como lo son, por ejemplo, posibles acciones corrosivas sobre estructuras metálicas que podrán generarse por la acción de corrientes de tracción de los trenes en operación. Todas estas influencias sobre el revestimiento definitivo se analizarán en detalle como parte del Anteproyecto, a efectos de determinar de qué manera inciden y qué medidas son necesarias para mitigarlas en forma apropiada.

• Impacto ambiental que el mismo túnel ejerce sobre el medio ambiente;

Básicamente, el efecto que el túnel produce sobre las aguas subterráneas del macizo, por un lado, como también el posible efecto que aguas contaminadas de



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operación del túnel puedan ejercer sobre el medio ambiente externo; en ambos casos, el revestimiento definitivo, los sistemas de drenaje y sistema de impermeabilización tendrán que contemplar los criterios que se establezcan, a efectos de no generar efectos indeseados sobre el medio ambiente.

• Resistencia contra incendio;

Este criterio de diseño tiene mucha relevancia para el diseño del revestimiento definitivo de los túneles y otras obras subterráneas asociadas, en tanto que ante la ocurrencia de incendios dentro de éstas el mismo revestimiento definitivo del túnel podría colapsar, si no se toman precauciones en su diseño y construcción. Colapsos del revestimiento pueden no ser problemáticos, siempre que ocurran en sectores del túnel en los que el macizo es autosoportante y se mantiene estable por sí solo. Al contrario, pueden imponer riesgos para las brigadas de rescate y grandes demoras en la reconstrucción del túnel, cuando determinan el colapso del macizo alrededor del túnel. En consecuencia, existen lineamientos y normas que establecen cuál debe ser la protección del revestimiento definitivo en aquellos sectores en los que se pretende mantener la acción portante estructural y con ello evitar daños de mayor alcance. Las medidas que se podrán adoptar son muy variadas, yendo de la instalación de un doble revestimiento, como medida más exhaustiva, hasta la incorporación de aditivos al hormigón que aumentan el grado de resistencia a la acción del fuego, como solución más simple. Corresponderá verificar entonces, por sectores, cuál será el método que más se ajusta a los requerimientos que impone este criterio, tanto para los túneles, como las demás obras subterráneas que puedan estar sometidas a acciones de fuego.

• Mantenimiento;

Este aspecto también se convierte en un criterio de diseño, en tanto que acciones de mantenimiento durante la operación de la obra podrán convertirse en causas de limitación de la capacidad de tránsito. El revestimiento y aspectos constructivos asociados a éste serán diseñados para mantener las acciones de mantenimiento dentro de parámetros aceptables para este tipo de obra.

7.3.2.3 Sistemas de Revestimiento Definitivo

• Revestimiento de una sola cáscara

En este caso, el revestimiento primario, instalado como parte del sostenimiento inicial, forma parte integrante del revestimiento definitivo. Los revestimientos primario y secundario actúan como una sola cáscara. El revestimiento secundario, en este caso, típicamente compuesto por hormigón proyectado, queda instalado (con la aplicación eventual anterior de una membrana de impermeabilización proyectada) entre las dos partes de la cáscara.

En función de los criterios definidos para cada tipo de túnel, también puede ejecutarse el túnel sin revestimiento secundario (como caso especial del sistema de una sola cáscara). Se considera apta esta solución sólo para túneles o galerías subordinadas, siempre que esté garantizada la estabilidad permanente y el cumplimiento de los requerimientos de operación en caso de daño del revestimiento, como puede serlo el caso de un incendio grande.



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Otro caso de este tipo lo podría ser un revestimiento de dovelas prefabricadas de hormigón armado, las que se instalan como parte del sistema de excavación con máquina tunelera tipo escudo. En caso de empelarse dovelas prefabricadas como única cáscara, estas deben ser del tipo estanco equipadas con sellos. Sin embargo, el empleo de este tipo de un revestimiento estanco, desde un punto de vista técnico y económico, es limitado a presiones de agua alrededor de 5 a 6 bar.

• Revestimiento de dos cáscaras

El revestimiento primario tiene carácter temporal y no forma parte integrante del revestimiento definitivo. Se instala un revestimiento secundario definitivo, diseñado para soportar las cargas de largo plazo y las que actúen según los criterios que determinan la operación del túnel. El revestimiento secundario habitualmente es de hormigón moldeado o, en casos excepcionales, de hormigón proyectado. La impermeabilización del túnel se materializa mediante una membrana sintética (instalada sobre el revestimiento primario) o a través del hormigón del revestimiento secundario mismo, diseñado en tal caso como revestimiento estanco.

También en este caso, el revestimiento primario podría ser de dovelas de hormigón premoldeado, siendo el revestimiento secundario de hormigón moldeado. El anillo de dovelas prefabricadas en este caso tiene carácter permanente y contribuye a resistir las cargas de largo plazo.

Para cualquiera de los dos casos citados, se definirán tipos de revestimientos secundarios, según los espesores y el grado de armadura que se requiera en éstos. En lo posible, la bóveda del revestimiento secundario tratará de construirse de hormigón simple, sin armadura. Sólo para sectores de macizo de calidad pobre sería necesario usar hormigón armado. Un caso típico de esta necesidad será las rocas evaporíticas (yeso y anhidrita), siempre que el túnel de baja altura las atraviese, como también sectores de macizo muy alterados, como lo podrá ser el caso en fallas. También sería necesario éste, en caso que se proponga un revestimiento definitivo estanco por sí mismo. También es muy probable, que en las zonas de portales el revestimiento requiera de armadura, como lo será también el caso en sectores en los que se producen intersecciones entre túneles o, en general cavidades de cualquier tipo entre sí.

7.3.2.4 Propuesta de Revestimiento para los Túneles

Para el túnel ferroviario se propone un sistema de revestimiento como indicado a modo de ejemplo en la Figura 30.



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Revestimiento Secundario

Fortificación(Revestimiento primario)

Revestimiento Secundariocontrabóveda

Revestimiento Secundario

Fortificación(Revestimiento primario)

Revestimiento Secundariocontrabóveda

Figura 30 – Sección típica de un túnel ferroviario con una vía, revestimiento de dos

cáscaras (tipo drenado)

En general, la forma circular es propuesta también para excavación convencional con tronadura, excepto para sectores de muy buena calidad geotécnica del macizo y tensiones primarias reducidas.

El revestimiento definitivo debe ser ejecutado con hormigón sin armadura siempre que sea posible. En casos especiales, como pueden surgir en condiciones geológico-geotécnicas complejas (rocas expansivas, fallas etc.), en la cercanía de los portales o en caso excepcional de un revestimiento tipo estanco se considera necesario un revestimiento con armaduras de acero.

Cabe señalar también, que en zonas de rocas expansivas, las alternativas de solución estructural asociada al revestimiento definitivo son las siguientes:

- Principio de resistencia, es decir, el revestimiento básicamente se diseña para absorber todas o gran parte de las presiones que el macizo imponga a lo largo de su proceso de expansión en el tiempo;

- Principio de evasión; consiste en instalar un revestimiento definitivo capaz de absorber sin toma de esfuerzo o con limitación de ello una parte importante de las deformaciones asociadas a la expansión del macizo, comenzando recién a soportar esfuerzos después de haberse producido gran parte de las citadas deformaciones; el resultado de este principio es la posibilidad de reducir la rigidez del revestimiento definitivo en forma importante.

La evaluación de las consideraciones planteadas arriba con respecto al tipo de revestimiento será desarrollada con suficiente detalle en la fase de Anteproyecto sobre la base de un mejor conocimiento del comportamiento de expansión del macizo (ensayos de expansión)



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7.3.2.5 Galerías y Cavernas

Este grupo de estructuras subterráneas comprende galerías de interconexión, túneles y cavernas de acceso, cavernas de montaje de TBM, cavernas de desvío, túneles de evacuación, cavernas y nichos para equipamientos etc. Según los requerimientos para la operación y las condiciones geológicas y hidrogeológicas (cargas, presencia de agua subterránea, condiciones hidroquímicas) en el sector y otras condiciones, como ya citadas antes en este capítulo, se determinará el sistema de revestimiento mas apropiado para cada uno de estas estructuras subterráneas. Se analizará también la necesidad de emplear un sistema de revestimiento simple o doble. Según la experiencia de los túneles de base europeos la mayoría de estos túneles y galerías tendrá un sistema de revestimiento doble. Solo para túneles de función subordinada en cuanto a la operación del túnel se considerará un sistema de revestimiento simple. Por el contrario, estructuras que formarán parte del túnel principal (cavernas de montaje y de desvió etc.) serán sometidas a los requisitos y estándares del túnel principal. La evaluación de las consideraciones planteadas arriba con respecto al tipo de revestimiento, se desarrollará en detalle en la fase de Anteproyecto.

7.3.2.6 Piques de acceso y de ventilación

También en este caso el revestimiento que se instalará dependerá fundamentalmente de las condiciones geotécnicas e hidrogeológicas en las que se encuentren insertos los pozos, pero también del método constructivo que finalmente resultará seleccionado. A priori, siendo los pozos en general obras que a lo largo de la vida útil servirán para la ventilación, es bastante probable que el revestimiento secundario será de hormigón moldeado, a fin que la rugosidad de la cáscara sea la menor posible. Se estima también que muy probablemente el concepto constructivo sea el de doble revestimiento, con membrana impermeabilizante entre ambas cáscaras, la primaria y secundaria.

7.3.3 Diseño para Acciones Sísmicas

El diseño de túneles o de cavidades subterráneas para poder resistir acciones sísmicas adquiere connotaciones totalmente diferentes a las que son inherentes al diseño de estructuras a cielo abierto. Es posible destacar algunos conceptos globales que son aplicables para obras subterráneas, sobre la base de la observación del comportamiento de éstas durante un sismo, a saber:

- Obras subterráneas sufren significativamente menos daño durante un sismo que obras en superficie;

- El daño en obras subterráneas es menor a medida que aumenta la cobertura; - El daño puede ser asociado al valor máximo de la aceleración materializada en el

subsuelo, sobre la base de la magnitud del sismo y la distancia al epicentro de éste;

- El daño generado por lo general es mayor en suelos que en rocas competentes; Existen dos tipos de categorías de efectos que sismos producen sobre obras subterráneas, a saber:



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1) Vibración del subsuelo;

2) Falla del subsuelo, tal como lo son, por ejemplo, la liquefacción del subsuelo, los desplazamientos relativos asociados a fallas activas y las inestabilidades de taludes o movimientos de masa;

Para el presente proyecto, el efecto predominante será el primero, es decir, la vibración del subsuelo, básicamente porque sobre la base de la información existente en la actualidad, ninguna de las fallas principales existentes en la zona de implantación del proyecto –en especial, de los túneles de baja altura- es una falla activa. En áreas de portales de túneles, galerías de acceso o pozos verticales podrán llegar a ser relevantes también eventos tales como inestabilidades de taludes o movimientos de masa, que pertenecen a la categoría 2) antes citada.

Las vibraciones del suelo se materializan a través de deformaciones del subsuelo producidas por la propagación de ondas sísmicas a través de la corteza terrestre. Los motivos de daño asociados a las vibraciones de un sismo que más relevante tienen son (1) la forma, dimensión y profundidad de un túnel, (2) las propiedades del macizo que rodea el túnel (3) las propiedades de la estructura resistente y (4) la magnitud de las vibraciones generadas por el sismo.

Una guía para el diseño sísmico de obras subterráneas que será empleada en este proyecto es la presentada como Ref. [33]. Los pasos principales que son desarrollados como parte del diseño de estructuras subterráneas ante acciones sísmicas, siempre de acuerdo con la referencia antes citada, son los presentados en el Informe de los Criterios de Diseño, Informe GGG002 del Grupo Consultor.

Según lo establecido en el informe de criterios de diseño, los métodos de cálculo para diseño de la estructura resistente pueden ser tanto analíticos (sobre la base de fórmulas cerradas) o numéricos, es decir, mediante el empleo de modelos basados en cálculos de elementos finitos o diferencias finitas.

Para poder aplicar algún método de cálculo estructural como los citados, primero debe conocerse el fenómeno del sismo posible y la respuesta del subsuelo frente a éste, dado que la última será la determinante para el diseño de la metodología y estructura resistente del túnel.

7.4 Otros Aspectos Constructivos

7.4.1 Sistema de monitoreo geotécnico

Para la construcción de los túneles se establecerá un sistema de monitoreo geotécnico y de deformaciones con el fin de observar el comportamiento del sistema macizo – revestimiento, de modo de ir calibrando y ajustando las medidas de sostenimiento a la realidad de terreno, conforme avanza la excavación.

El sistema de monitoreo deberá ser implementado de tal forma que permita tomar lecturas en la sección de estudio lo antes posible, de modo de obtener datos de los distintos parámetros del macizo con la menor perturbación que permita la metodología adoptada. Las lecturas deberán ser tomadas en intervalos regulares de tiempo con lapsos variables en función de la distancia desde el frente de excavación a la sección de análisis y deberán mantenerse a lo largo del tiempo durante un período



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suficientemente largo, de forma de permitir la evaluación del comportamiento reológico del macizo y/o del revestimiento.

En líneas generales, para las obras subterráneas de este proyecto se preverán las siguientes medidas de monitoreo de deformaciones y geotécnico:

- Deformaciones del revestimiento del túnel (en las 3 direcciones del espacio), las que se medirán con estaciones totales con distanciómetro de alta precisión

- Deformaciones del macizo circundante al túnel, las que se medirán prioritariamente con extensómetros múltiples

- Cargas de los anclajes, las que serán medidas mediante pernos de medición de carga instalados oportunamente

- Medición de tensiones radiales y tangenciales sobre y en el revestimiento de la cavidad, medidos éstos mediante celdas de presión u otros instrumentos especiales de medición indirecta de las tensiones a través de la determinación de deformaciones (strainmeters, flat-jacks, etc.)

- Presión hidrostática sobre el revestimiento y eventualmente en el macizo, a cierta distancia radial de la cavidad, a ser medida a través de celdas de presión y de piezómetros

- Observación del nivel freático y de la presión de agua antes y durante la construcción, a ser medidas a través de freatímetros y piezómetros

- Posible levantamiento del contrabóveda (en rocas expansivas), a ser medido mediante nivelación convencional o extensómetros instalados en la solera del túnel;

En las cercanías de portales y en el caso de túnel con poca tapada, se deberán prever sistemas de monitoreo específicos, con el fin de evaluar el comportamiento del macizo y el túnel en dichos sectores críticos:

- Medición de asentimientos y desplazamientos horizontales superficiales (terreno, taludes)

- Vibraciones a causa de las voladuras en caso de ser necesario.

Valen para estos sectores las mismas consideraciones que las indicadas anteriormente con la salvedad que deberá elaborarse para dichos sectores un programa de monitoreo específico de mayor control y acorde con el nivel de complejidad del sector.

El sistema de monitoreo geotécnico, especialmente para túneles excavados con método convencional, es parte integrante del diseño y la construcción de los túneles y, aparte de asegurar la estabilidad y la excavación segura de los túneles, también es esencial para ajustar el sostenimiento inicial a fin de optimizar económicamente el empleo de los elementos de sostenimiento.



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7.4.2 Sistema de drenaje

7.4.2.1 Recomendaciones, Normas y Antecedentes

En principio, ante la ausencia de normas locales argentinas y chilenas explícitas para el tratamiento de este aspecto de diseño de las obras subterráneas, se tomarán como referencia las siguientes normas y recomendaciones europeas:

- Directivas para el diseño de sistemas ferroviarios, ÖBB edición 2002 [16]

- Directiva ÖVBB para la construcción de drenajes de túneles [17]

- Directivas austriacas para el tráfico vial RVS 09.01.23 (Richtlinien für das Straßenwesen) [25] - Generalidades y sistemas de drenaje

En general, existen los dos sistemas con relación a la impermeabilización descritos en el capitulo 7.4.3, es decir impermeabilización completa y impermeabilización parcial. De ello resulta el sistema de drenaje de aguas subterráneas.

La impermeabilización completa conlleva un sistema cerrado ante el ingreso de agua y, por lo tanto, estanco y con materialización de presión de agua sobre el revestimiento. Por el contrario, la impermeabilización parcial involucra un sistema de drenaje de aguas subterráneas con regulación de la presión de agua.

La decisión de adopción de uno u otro de los sistemas antes citados dependerá de las condiciones geológicas e hidrogeológicas, junto con aspectos medioambientales. La base del sistema escogido será la factibilidad técnica, el impacto sobre el medio ambiente y la economía de construcción y de mantenimiento.

Por otro lado, otro aspecto relevante para el drenaje de aguas es el concepto de separar o no las aguas de infiltración subterránea (limpias), de las aguas provenientes de la operación o aguas contaminadas por tomar contacto con el túnel (aguas sucias). Desde el punto de vista medioambiental, la separación de aguas de origen distinto es el concepto preferible.

Recomendación preliminar para el presente proyecto:

• La solución que en general se promoverá para todos los túneles, excepto que no sea posible por razones particulares, es la adopción de un sistema drenado, es decir, un sistema con regulación de la presión exterior del agua y captación y evacuación de ésta por medio del túnel;

• Se propone el empleo del concepto de separación de aguas limpias y contaminadas y evacuación de éstas en forma independiente.

7.4.2.2 Elementos del sistema de drenaje

Los elementos del sistema de drenaje subterráneo son los siguientes:

- Tuberías de drenaje laterales, para captación de aguas de infiltración subterránea, con nichos de acceso para el mantenimiento de las tuberías;

- Tubería de drenaje principal, para la colección de las aguas de los tubos de drenaje laterales, con cámaras de inspección;



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- Sistema drenaje independiente para la captación de aguas de la operación o derrames que se puedan producir dentro de los túneles, con cámaras de inspección, provistas con sifones (para impedir la expansión de un incendio y prevenir explosiones).

7.4.2.2.1 Drenaje de aguas subterráneas

El sistema de drenaje de aguas subterráneas consta de una serie de elementos, que se describen a continuación en términos generales.

Tuberías de Drenaje laterales

- para captar las aguas subterráneas a ambos lados del túnel; - el diámetro de estas tuberías depende del caudal de agua, debiendo ser diseñado

en correspondencia con éste; - el diámetro mínimo para túneles ferroviarios es de 250 mm; sólo en casos de

excepción, si el túnel está situado sobre el nivel freático, podrá emplearse un diámetro de 160 mm;

- fácil accesibilidad a los tubos, a través de nichos o recesos de inspección, implementados en el revestimiento secundario del túnel;

- se emplean tubos ranurados, cilíndricos o de forma de herradura (se prefieren tubos cilíndricos, por mayor facilidad de mantenimiento y menor riesgo de obturación por depósito de minerales);

- ancho de las ranuras: éste debe ser diseñado, de tal forma de ajustarse a los caudales y de no permitir el ingreso de finos; en general, los tubos son envueltos en un geotextil, a efectos de evitar este problema;

- material usado: PVC, PE, PP con paredes interiores lisas; PP es el material preferido por resistir presiones muy altas durante el proceso de limpieza;

- sólo se deben emplear tubos con conexiones con manguitos o manguitos dobles; - los tubos deben ser resistentes a los golpes y acciones mecánicas o hidráulicas

(alta presión) asociadas al método de limpieza empleado; - los tubos deben instalarse con una pendiente no menor a 0,5%; - los tubos pueden ser cubiertos con un material protector, que a su vez es

suficientemente permeable; en general, se emplea un hormigón con agregados de sólo dos tamaños de grano u hormigón filtrante (≥16/32) o también grava filtrante (≥16/32);



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Ejemplos de posibles disposiciones del drenaje lateral, Figuras 31 y 32

Figura 31 – Ejemplo de tubería de drenaje lateral en un túnel con solera plana (sin estabilización del agua)

Figura 32 – Ejemplo de tubería de drenaje lateral en un túnel con contrabóveda (sin

estabilización del agua) Colectores transversales - sólo si por los caudales se hace necesario, lo que generalmente es el caso para

túneles largos, se requiere la implementación de colectores transversales que comunican la tubería lateral con la tubería de drenaje principal;

- es decir, sólo si el caudal de agua de infiltración es alto se requiere un tubo colector principal; de lo contrario, la evacuación del agua se hará a través de los drenajes laterales;



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- se debe garantizar fácil accesibilidad a los tubos; - el diámetro de éstos no será inferior a 150 mm; - se preferirá tubos de sección transversal circular; - material usado: PVC, PE, PP, con paredes interiores lisas.

Tubería de drenaje principal - diámetro ≥ 300 mm - tubos redondos con paredes interiores lisas - material usado:

material plástico: PVC, PE, PP, GRP hormigón armado tubos de hormigón con fibras

- los tubos deben instalarse con una pendiente mayor a 0,5%

Recesos / nichos de control y limpieza de las tuberías de drenaje laterales - en función del concepto de mantenimiento propuesto, en general éstos tienen un

ancho de 60 cm y una longitud de 100 cm (mínimo de 90 cm); - las tapas de los nichos tienen que ser transitables (según dónde, por peatones o

también vehículos de rescate) e impermeables / estancas (para aguas del interior del túnel);

- distancia entre los recesos / nichos: entre 50 m y 75 m, conforma a la distancia entre las cámaras de control del drenaje principal;

- estos recesos / nichos pueden combinarse con otros nichos (por ejemplo de rescate) según la necesidad de estos.

Cámaras / Nichos de control y limpieza del drenaje principal

- dependiente del concepto de mantenimiento, la distancia entre las cámaras / nichos será de aproximadamente 100 m;

- las tapas de las cámaras de control y limpieza deben ser transitables e impermeables, en zonas de posible tránsito de vehículos deben permitir éste, sin que sufran daño.

Figura 33 – Ejemplo de Cámaras / Nichos de Control para un sistema de drenaje de

aguas subterráneas



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Problemática de carbonatación

El proceso de carbonatación resulta en depositaciones de minerales (concreciones) en los tubos que pueden determinar una obturación del sistema de drenaje y en consecuencia ingreso de agua al túnel. En general, las causas de la carbonatación y progresiva obturación de cañerías de drenaje de agua subterránea son las siguientes:

- La presencia de minerales como por ejemplo carbonatos, sulfatos etc.; - El cambio de presión y temperatura del agua al entrar al sistema de drenaje; - El contacto del agua con el hormigón proyectado y el aire.

Las medidas que se tomarán para evitar la obturación de las cañerías serán, entre otras posibles que se analizarán según cada caso en particular, las siguientes: - Medidas constructivas en el diseño del sistema de drenaje como por ejemplo

asegurar un caudal mínimo en los tuberías de drenaje lateral o un flujo laminar en todas las tuberías;

- control regular de la limpieza de las tuberías durante el período de construcción y de operación;

- medidas de estabilización de la dureza del agua; - uso de sifones en cámaras, en caso de aguas subterráneas de PH neutro; - eventualidad de implementación de sistemas que generan un “retardo” en la

circulación del agua subterránea.

Perforaciones p/captación de agua

Agua subterránea

Revestimiento definitivo

Macizo

Hormigón proyectado

Membrana impermeabilizante

Gunita de Protección

Hormigón filtrante

Drenaje lateral

Sohldrainage nicht dargestellt



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Figura 34 – Ejemplo de sistema de drenaje lateral en un túnel con contrabóveda, con sistema de estabilización del agua

7.4.2.2.2 Drenaje para el caso de eventos de derrame en el túnel

El sistema de drenaje interior del túnel cumplirá con la función de transportar aguas de arrastre del exterior, introducida por los trenes, como también cualquier otro derrame de líquidos que se produzca dentro del túnel y aguas del lavado de éste como resultado de labores de mantenimiento y limpieza. Las características de este sistema serán:

- Transporte de aguas y líquidos derramados dentro del túnel, en forma independiente de las aguas subterráneas externas al túnel;

- Implementación de un estanque de recolección de los líquidos derramados, para posterior tratamiento independiente y prevención de contaminación de la naturaleza; el tamaño y eventuales mecanismos de tratamiento de los líquidos serán diseñados en función de las normas y los eventos de derrame existentes (capacidad mínima de 100 m3).

Ejemplos para formas posibles del drenaje para el caso de derrame:

Figura 35 – Ejemplo 1 de drenaje para el caso de un derrame



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Figura 36 – Ejemplo 2 de drenaje para el caso de un derrame

Las soluciones presentadas se distinguen en la configuración del sistema de drenaje de aguas subterráneas. El Ejemplo 1 muestra una solución típica con tuberías de drenaje laterales, mientras que el Ejemplo 2 representa un sistema sólo con tubos llenos que comunican el agua al tubería de drenaje principal. La selección del sistema de drenaje para líquidos contaminados dentro del túnel se hará en la etapa de Anteproyecto.

7.4.2.3 Mantenimiento del sistema de drenaje

Un aspecto de relevancia para las obras subterráneas será el mantenimiento de las tuberías de drenaje, especialmente en casos de aguas mineralizadas, como existen en esta área de la cordillera, las que inevitablemente generan depositaciones de minerales en los tubos que, de no ser tratados, pueden determinar una rápida obturación del sistema de drenaje. En consecuencia, el mantenimiento previsto considerará las siguientes acciones:

- control, mantenimiento y limpieza de los tubos, en intervalos regulares; - eventualidad de requerimiento de limpieza a elevada presión; - uso de medidas especiales de estabilización de las aguas; El uso de métodos de estabilización / neutralización de aguas se emplea básicamente para reducir los esfuerzos y costos de mantenimiento del sistema de drenaje de agua subterránea. A través de éstos se logra que los minerales (básicamente calcio y magnesio) en suspensión dentro del agua permanezcan en este estado por más tiempo. El método consiste en la adición de aditivos especiales (poliamidas) mediante bomba dosificadora o en forma deshidratada (polvo prensado en forma de tabletas) al agua subterránea. Estos aditivos ejercen su acción en las condiciones en las que se encuentra el agua dentro del sistema de drenaje, es decir, con presión atmosférica y en un medio alcalino a neutro. Se los emplea, en dosis relativamente bajas, debiendo



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ser inocuos para el medio ambiente, de modo de poder ser evacuados junto con el agua a la naturaleza.

Su modo de acción se materializa de la siguiente forma:

- Atraso de la generación de cristales, con la consiguiente prevención del endurecimiento de las depositaciones

- Atraso en la depositación química de las sustancias alcalinas

- Disolución de depositaciones químicas ya existentes

Los métodos de estabilización química del agua requieren para, ser efectivos:

- Un caudal bastante continuo de agua mínimo de 0,3 l/s, a fin de poder regular las bombas de dosificación de los aditivos y de prevenir una sobredosis de éstos

- para la adición de los productos inhibidores de la depositación química se requiere de un recinto especial, desde el que el aditivo es distribuido mediante mangueras de plástico

- en caso de acceso de agua subterránea irregular o de bajo caudal se suelen emplear "piedras de depositación", no obstante lo cual, este método hoy prácticamente ya no es empleado. En cambio, en el caso anterior se suelen emplear tabletas de los aditivos, dado que éstas se van disolviendo en función del caudal de agua y de su régimen, temperatura y sobre todo el PH (la disolución de la tableta es más lenta, cuando menor es el caudal y menor el PH del agua subterránea).

7.4.3 Sistema de impermeabilización

7.4.3.1 Normas y Antecedentes

- En general, normas y directivas locales argentinas y chilenas; - Directiva ÖVBB para hormigón de revestimientos definitivos de túneles, Ref. [17] - Bases para la realización y ensayos sobre la impermeabilización de túneles,

folleto No. 365 de la sociedad austríaca de investigación vial y tránsito de Austria, Ref. [20]

- Directiva de los Ferrocarriles Alemanes, Ref. [10]

7.4.3.2 Sistemas de impermeabilización

En general, existen dos sistemas de impermeabilización posibles desde un punto de vista conceptual, siendo los siguientes:

- Impermeabilización completa: sistema que otorga impermeabilidad en toda la periferia de la cavidad, es decir, estanqueidad, debiendo por lo tanto asumir la presión del agua subterránea, tal como se materializa en el macizo a la profundidad de la cavidad;

- Impermeabilización parcial: sistema que otorga impermeabilidad sólo en un sector parcial de la periferia de la cavidad, siendo éste generalmente la bóveda superior de la cavidad, mientras que en otro sector de la periferia de la cavidad se instalan



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drenes que captan el agua subterránea, el que es evacuada a través de la misma cavidad; sobre la base de este concepto de impermeabilización puede asegurarse que la presión del agua subterránea actuante sobre la cavidad es muy baja o prácticamente nula.

Los elementos de impermeabilización de cavidades usualmente empleados se resumen a continuación: - membrana sintética de PVC o EPB, de espesor 2-3 mm, electrosoldada, instalada

entre los revestimientos primario y definitivo; para casos de presión de agua limitada también se emplean membranas acrílicas proyectadas; en general, cuando se emplean membranas, junto con éstas se instalan geotextiles de un espesor y calidades mínimos, a fin de garantizar que la membrana no sea punzonada por protuberancias del revestimiento primario; en el caso de túneles drenados, el geotextil además tiene la función de generar una vía preferencial de baja permeabilidad, por el cual puede circular el agua hacia los drenajes.

- hormigón impermeable, considerándose que un revestimiento adquiere esta capacidad cuando tiene una determinada cuantía de acero y un espesor mínimo, que según la presión de agua actuante y la función del revestimiento debe ser de 35 cm como valor mínimo;

7.4.3.2.1 Sistema de impermeabilización parcial

Seguidamente se describen los posibles elementos que formarán parte de un sistema de impermeabilización parcial de túneles.

- Membrana sintética de PVC o ECB en la bóveda del túnel, terminando al nivel de ambos drenajes laterales, de espesor entre 2 y 3 mm;

- Geotextil de protección y drenaje del agua, de mínimo 500 g/m2, conjuntamente con la membrana sintética, alrededor de la bóveda del túnel;

- Soldaduras entre la membrana y cintas de PVC longitudinales instaladas en el hormigón del revestimiento definitivo a la altura de los dos drenajes laterales;

- Instalación de cintas de impermeabilización exteriores en juntas transversales entre bloques vecinos del revestimiento definitivo en el sector de bóveda del túnel, es decir, a lo largo del sector en dónde se instala la membrana;

- Cintas de impermeabilización longitudinales interiores a lo largo de las juntas que se materializan entre la solera y la zapata continua del túnel;

- Cinta de impermeabilización longitudinales exteriores a lo largo de las juntas que se materializan entre la bóveda de bloques de hormigón de revestimiento definitivo y la zapata continua del túnel;

- En general, para cintas de impermeabilización de juntas se prevé la instalación de tubos de post-inyección, a fin de poder reparar sectores en dónde el hormigonado alrededor de las cintas de impermeabilización no haya sido de buena calidad;

- En general, se requerirá que los materiales de la membrana y de las cintas de impermeabilización tendrán que ser de materiales compatibles, recomendándose el uso de PVC;

7.4.3.2.2 Sistema de impermeabilización completo

Seguidamente se describen los posibles elementos que formarán parte de un sistema de impermeabilización completa en túneles, siempre que éste deba ser usado.



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- Membrana sintética de PVC en la bóveda del túnel, de espesor mínimo de 3 mm; - Geotextil de protección de mínimo 500 g/m2 en la bóveda del túnel; - Membrana sintética de PVC en la contrabóveda del túnel, de espesor mínimo de 3

mm, instalada hasta 50 cm sobre la junta longitudinal entre la bóveda y la zapata continua / contrabóveda;

- Geotextil de protección de 1000 g/m2 en la contrabóveda del túnel, hasta 50 cm sobre la junta longitudinal entre la bóveda y la zapata continua / contrabóveda;

- Cinta de impermeabilización exterior de juntas transversales entre los bloques del túnel;

- Las citadas cintas transversales deberán ser provistas con mangueras de inyección, para garantizar la separación / independencia entre dos bloques sucesivos, en caso de ocurrencia de algún sector aislado de filtraciones y así evitar que el agua subterránea se filtre a lo largo del túnel;

- Soldadura térmica entre la membrana sintética y las cintas de impermeabilización exteriores en juntas transversales entre los bloques del túnel;

- Cinta de impermeabilización longitudinal exterior a lo largo del túnel entre la solera y la zapata continua del túnel;

- En general, se requerirá que los materiales de la membrana y de las cintas de impermeabilización tendrán que ser de materiales compatibles, recomendándose el uso de PVC;

7.4.3.3 Recomendaciones para el proyecto

Se estima que se empleará en mucho mayor proporción el sistema drenado, por las razones ya citadas en el informe de criterios de diseño. Por el momento es difícil anticipar dónde será necesario implementar un sistema estanco, básicamente por la falta de investigaciones geológicas de profundidad. Conceptualmente hablando, la materialización de secciones de túnel estancas podrá ser necesaria en sectores de macizo muy permeables con fuerte ingreso de agua y en sectores, en dónde el agua subterránea está fuertemente mineralizada como lo es el caso en las cercanías de la fuente de agua termal de Puente del Inca. En el primer caso, la estanqueidad sería para evitar tener que evacuar grandes caudales de agua, básicamente por razones económicas y de impacto ambiental, excepto que a esta agua quiera darse un uso especial. En el segundo caso, la alta mineralización del agua subterránea circulando por tubos de drenaje demandaría un intenso mantenimiento, a fin de evitar la obturación de éstos por depositación de minerales.

La diferencia en costos de una solución de túnel drenada frente a una de túnel estanco puede ser importante, especialmente si sobre el túnel actúa una alta presión hidrostática. En estos casos, el aumento de costos resultaría de un revestimiento definitivo de mayor espesor y más cuantía de armadura. En sectores de túnel de construcción convencional, en los que la forma del túnel es de herradura (sectores de baja cobertura y buena calidad geotécnica del macizo) habría que modificar la sección, haciéndola circular u ovalada, e instalando un cierre de revestimiento curvo (contrabóveda) en la solera, capaz de proveer la estanqueidad en la solera y de resistir las presiones del agua. El costo adicional resultante está directamente asociado a un mayor volumen de excavación, mayor volumen de hormigón y acero y también un aumento de la superficie de membrana impermeabilizante requerida. Por



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lo tanto, se trata de un aumento de costos considerable, frente a ahorros poco significativos (tubos y dispositivos de drenaje).

Más allá de los aspectos citados y teniendo en cuenta la posible agresividad del agua subterránea, habrá que decidir cómo materializar la impermeabilización o estanqueidad. Al respecto, se podrían tomar como referencia las Recomendaciones de los Ferrocarriles Alemanes, de la que extraemos un cuadro presentado en la Figura 37, el que resume los requerimientos en este sentido.

Figura 37 – Requerimientos de los FFCC Alemanes con relación a

sistemas de impermeabilización Hay que destacar que un revestimiento estanco para presiones de agua sobre los 10 bar técnicamente no es factible. En condiciones así, habría que recurrir a inyecciones de impermeabilización del macizo en combinación con un sistema de impermeabilización parcial y medidas eventuales de estabilización del agua.

En forma preliminar, para los túneles de este proyecto se proponen sistemas de impermeabilización con las siguientes características:

Para los túneles ferroviarios principales:

En general: Doble revestimiento – primario / definitivo- con sistema de impermeabilización consistente de una membrana impermeabilizante y un geotextil de protección y evacuación del agua hacia dos drenes laterales en la parte baja del túnel, es decir, sistema drenado (impermeabilización parcial).

Limitadamente, en sectores de macizo muy permeables con fuerte ingreso de agua o en situaciones en dónde existen aguas muy agresivas o con alto grado de mineralización y siempre que la presión hidrostática de ésta sobre el túnel pueda asumirse, será necesario materializar un sistema impermeable estanco, para el cuál se propone la misma disposición, sin los drenajes laterales (impermeabilización completa). Alternativamente, a no ser posible diseñar el revestimiento del túnel para la presión de agua o por razones económicas, podrían emplearse inyecciones de



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impermeabilización del macizo en combinación con un sistema de impermeabilización parcial.

Otros túneles y galerías, pozos verticales:

El sistema de impermeabilización que se escogerá dependerá de las condiciones hidrológicas y del grado de agresividad y mineralización del agua; en general se tratará de implementar un sistema drenado, al igual que para los túneles principales.

La decisión sobre el sistema de impermeabilización que se empleará en este proyecto dependerá de una variedad de circunstancias aún no conocidas y por lo tanto tendrá que tomarse en la fase de Anteproyecto sobre la base de investigaciones geológicas de profundidad.

7.4.4 Protección Estructural contra el incendio

7.4.4.1 Referencias y Antecedentes

Deberán tenerse en cuenta para el diseño del Sistema de Protección contra Incendio las siguientes normas y directivas:

- Directivas, normas y leyes Chilenas y Argentinas sobre el tema en cuestión. - Directivas para el diseño de sistemas ferroviarios, ÖBB edición 2002, Anexo 4,

Ref, [11] - Folleto No. 544 de la sociedad austriaca de investigación vial y trafico, Ref. [21] - Directiva ÖVBB para hormigón con fibras, Ref. [14]

- Norma Austríaca (ÖNORM) B3800-4 Comportamiento de materiales y elementos de construcción en caso de incendio – Elementos de construcción: Clasificación en clases de resistencia de incendio, Ref. [9]

- Directiva ÖVBB: Mayor protección de incendio por hormigón para estructuras subterráneas de tránsito, Gründruck, diciembre 2004, Ref. [17]

7.4.4.2 General

En líneas generales, la necesidad de medidas adicionales para aumentar la capacidad estructural de un túnel en caso de incendio, depende tanto del ambiente del túnel (geología, situación en la superficie) como también del nivel de seguridad requerido.

Es procedimiento de decisión para definir el nivel de protección es el siguiente:

- Definición de zonas de la protección contra incendio (esencialmente dependiendo de la geología), las cuales definen la necesidad y el tipo de medidas necesarias

- Consideración de la carga en caso de incendio según Ref. [4]

Las posibles medidas adicionales son los siguientes:

- Revestimiento secundario de hormigón con fibras de polipropileno (PP)

- Paneles para proteger el revestimiento secundario estructural

Las medidas mencionadas arriba se aplican sólo si en caso de fallo del revestimiento siempre y cuando la estabilidad del túnel no puede ser garantizada por la capacidad propia del macizo (en combinación con el sostenimiento inicial).



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Las normas y recomendaciones internacionales y nacionales de países con túneles ferroviarios de líneas de alta velocidad o alta capacidad imponen requerimientos relativamente estrictos respecto de la resistencia de las estructuras de sostenimiento de un túnel frente a un fuego.

Seguidamente se citan los requisitos impuestos por la Norma UIC -779 en su Anexo I-22 - Requerimientos respecto de la Resistencia contra el Fuego de las Obras Civiles

- Se recomienda el uso de una curva de desarrollo de temperatura clara y aceptada en general, como lo son la correspondiente a la ISO 834, la requerida por el Eurocódigo 1, sección 2.2 o la curva de hidrocarburos.

- Se recomienda la implementación de medidas adicionales para túneles situados bajo agua o bajo zonas urbanas

- Siempre que se cumpla con las siguientes condiciones son aceptables requerimientos menos estrictos:

* túneles de un grado de importancia secundario

* siempre que un daño ocasionado al túnel no esté asociado a un problema de seguridad y que se acepte un cierre del túnel por un período prolongado

* siempre que sea posible implementar medidas activas de protección contra un incendio, tal como indicadas en el Anexo I-24 (ej: sistemas de combate del incendio).

- Para todas las instalaciones del túnel se recomienda el empleo exclusivo de materiales que cumplan con los requisitos de desarrollo de humo y combustibilidad del Anexo I-67

Sectores particularmente riesgosos, como lo son sectores de suelos en portales, zonas de falla o sectores de roca de muy mala calidad, que no podrían autosostenerse en caso de colapso del revestimiento del túnel, tendrán que ser tratados con más cuidado y previsión aún, tal como lo establece la citada norma.

7.4.4.3 Determinaciones especiales para el Proyecto

Según lo dicho anteriormente, en líneas generales no deben preverse medidas adicionales para aumentar la capacidad estructural del túnel ferroviario por causa de incendio. Solamente en zonas locales de condiciones geológico-geotécnicas muy desfavorables podría considerarse necesaria la aplicación de dichas medidas.

Para otras estructuras subterráneas no se prevén en principio medidas adicionales con respecto al tema en cuestión. Se hace referencia aquí al punto 7.3.2.2

7.5 Metodología Constructiva a aplicar en cada Sector

La metodología constructiva a emplear en cada sector y para cada alternativa de túnel fue definida en función de distintos aspectos tanto económicos como logísticos y de producción. Una vez finalizada la campaña de investigaciones geológicas se podrá tener una idea mas acabada en cuanto a qué metodología resulta más propicia para cada sector de la obra. A pesar de la citada falta de información y justificación final en



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este tema, resulta necesario proponer una metodología constructiva en esta etapa del Estudio de Factibilidad, a fin de poder realizar una estimación suficientemente aproximada de costos y plazos de construcción.

7.5.1 Túneles

En general, la fuerte experiencia local, tanto en Argentina como en Chile, en cuanto a la construcción de túneles con la metodología constructiva convencional nos inclina a pensar que dicha metodología resulta competitiva frente a la construcción con TBM, fundamentalmente en los sectores donde la geología resulta favorable y en dónde existe posibilidad de acceder al túnel desde distintos frentes de ataque, con túneles de acceso de longitud y pendiente aceptables.

La construcción con TBM resulta competitiva en los sectores con geología favorable, donde la accesibilidad al túnel resulta compleja desde otros puntos que no sean los portales de ingreso y salida, de modo tal que quede justificada la espera de un tiempo no inferior a los 2 años desde el momento de la contratación hasta el momento de que la máquina tuneladora ingresa al país, es transportada, ensamblada y puesta en producción.

En los sectores en los que la geología no es favorable, resulta arriesgado en esta instancia plantear una solución con TBM, habida cuenta que no se tiene certeza aún sobre los problemas geotécnicos reales que podría traer aparejada la utilización de una máquina tuneladora. En los sectores con rocas evaporíticas blandas, el potencial de expansión de éstas puede generar el aprisionamiento del escudo contra la roca, con el peligro de pérdida total de la máquina o, en el mejor de los casos, interrupcio-nes del avance de la excavación, con los costos improductivos aparejados. Por otro lado, en las zonas de potencial existencia de cavidades cársticas, el avance estará condicionado al tamaño de las cavidades que se encuentren en el trazado del túnel.

Para realizar el ensamblado de las máquinas TBM, resulta necesario construir importantes cavernas de montaje que permitan alojar en su interior un puente grúa de grandes dimensiones. En el plano GCS-PP-TUN-CIV-051 adjunto en el Anexo 2 de este informe se puede observar una sección transversal típica para dichas cavernas. Su longitud mínima, utilizando como referencia las construidas en el BBT, alcanza los 200m. No obstante, en correspondencia con las estaciones multifunción se suelen aprovechar las secciones ampliadas de los desvíos de cruce para construir allí las cavernas de montaje, logrando así reducir la longitud de las mismas.

En la alternativa de túnel A5 se ha propuesto el empleo de dos máquinas tuneladoras. La primera es ensamblada en la caverna de montaje ubicada el extremo este de la EMF1 en la quebrada de Juncal, recorriendo un total de 11.2km hasta el Acceso A3 en sentido ascendente, atravesando los tramos Tr2, Tr3 y Tr4. (ver plano GCS-PP-TUN-CIV-011, adjunto en el Anexo 2). Es dable de esperar complicaciones fundamentalmente en los sectores de falla, en donde se produce la transición entre tramos. No obstante ello, se estima para este frente de excavación una velocidad media de avance de 4500 m/año.

La segunda máquina TBM comienza la excavación en las inmediaciones del portal de Punta de Vacas, recorriendo un total de 13.8km en sentido descendente hasta la caverna de montaje construida en el Acceso A4. El sentido descendente de excavación trae aparejado dificultades en la evacuación del agua en el frente, lo que



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se traduce en menores rendimientos de avance de la excavación. Se estima para este frente una velocidad de avance media de 3600 m/año.

Para la excavación de la alternativa de túnel A8 se planteó la utilización de una única máquina TBM en el mismo sector que el planteado para la alternativa A5, es decir, comenzando en el extremo este de la EMF1, recorriendo un total de 11.5km hasta el Acceso A3 en sentido ascendente y atravesando los tramos Tr2, Tr3 y Tr4 (ver plano GCS-PP-TUN-CIV-021 adjunto en el Anexo 2). La menor tapada del túnel, conjuntamente con la menor longitud del tramo de túnel entre la estación multifunción EMF2 y el portal ubicado en Penitentes, hace que la utilización del método convencional resulte competitivo para dicho tramo, en tanto que se construya un túnel de acceso intermedio (Acceso A4) con una pendiente media del 10%.

7.5.2 Cavernas

Las cavernas serán construidas en su totalidad por el método convencional. En función del tamaño de las mismas, de la calidad del macizo rocoso y de la profundidad en la que se encuentren, la sección total podrá subdividirse en regiones a excavar en distintas etapas, de modo tal garantizar la estabilidad en el frente de la excavación y asegurar que el estado tensional del macizo rocoso conserve valores aceptables durante todo el procedimiento constructivo.

En la transición entre las cavernas y los túneles se construirán tímpanos de hormigón armado, los cuales tienen la función de resistir los esfuerzos derivados del estado triaxial de tensiones que se origina en el frente de la excavación. En forma previa a la ejecución del hormigón definitivo deberá materializarse el sostenimiento primario del frente que asegure su estabilidad durante la excavación.

Tanto los tímpanos como las secciones atípicas como ser intersecciones con galerías o túneles, cambios de sección, orificios, etc. suelen ser sectores con densidad de armadura elevada para el revestimiento definitivo. En general, el revestimiento primario es ejecutado sin tener en cuenta las futuras aberturas con excepción de la reducción en el espesor de gunita y una vez finalizado el revestimiento secundario se procede a la demolición del mismo.

Las cavernas, dado sus dimensiones, son sectores críticos y en general su cons-trucción se encara en forma paralela a la ejecución del túnel principal de modo de que su construcción no genere retrasos en la construcción de los túneles principales.

7.5.3 Pozos

Los pozos serán excavados tanto con el método tradicional como mediante la utilización de una máquina tuneladora vertical del tipo raise-boring.

En el arranque de los piques verticales, en coincidencia con el portal de llegada del túnel de acceso que proviene de la superficie del terreno, se construirá un conjunto de cavernas y túneles interconectados entre sí, los cuales resultan necesarios desde el punto de vista de la operación de los sistemas de elevación y de la logística para la extracción de la marina.

En el sistema tradicional, la construcción se realiza excavando desde la caverna superior en sentido descendente ejecutando el revestimiento primario en forma



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simultánea al descenso y extrayendo los residuos de la excavación ya sea mediante elevadores o cintas continuas. El hormigón definitivo se ejecuta mediante un encofrado deslizante. La construcción de un pique vertical con una máquina del tipo Raise-Boring se efectúa una vez que se ha alcanzado el nivel de fondo de la exca-vación por algún otro método, ya sea mediante la ejecución del primer pozo o desde un túnel excavado en forma previa. El procedimiento constructivo para la construcción de un pique con una máquina del tipo Raise-Boring se puede dividir en 3 fases:

- Excavación de un hueco de 0.30 m de diámetro con una máquina perforadora vertical del tipo barreno continuo.

- Una vez alcanzado el túnel en el fondo de la excavación con el hueco de 0.30m de diámetro, se realiza el montaje de un cabezal de corte de 2.0m de diámetro aproximadamente la cual se fija a un eje de acero introducido en el hueco de 0.30m previamente excavado. El cabezal de corte es desplazado mediante el eje rotativo generando en su camino de ascenso un hueco de 2.0m de diámetro. La marina cae por el mismo pozo y es recolectada para su extracción desde el fondo del mismo no ejecutándose sostenimiento primario durante esta fase de la excavación.

- Una vez concluido el pozo de 2.0m de diámetro se monta la máquina tuneladora vertical (Raise-Boring) la cual tiene un diámetro de excavación de 7.0m aproximadamente. Puesta la misma en operación, desciende por su propio peso guiada por el orificio excavado en la fase II y volcando los residuos de la excavación en el hueco los cuales son recolectados y enviados al exterior desde el fondo de la excavación.

Figura 38 - Esquema de funcionamiento de una máquina

tuneladora vertical del tipo Raise-Boring



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El sostenimiento primario de la excavación vertical es efectuado desde la misma máquina tuneladora vertical y el revestimiento definitivo del pique es ejecutado mediante un encofrado deslizante que avanza en sentido descendente a corta distancia del frente de excavación.

7.5.4 Galerías y Nichos

Serán construidos por el método convencional en forma paralela a la ejecución del túnel principal. En las intersecciones entre los nichos y el túnel, se produce un estado triaxial de tensiones que se traduce en secciones atípicas que deben ser tenidas en cuenta fundamentalmente durante la ejecución del revestimiento definitivo.

En correspondencia con los portales de nichos y galerías, si la construcción del túnel principal se efectúa con la metodología convencional, se prevé un debilitamiento de la sección de hormigón proyectado que posteriormente es demolida, una vez finalizado el revestimiento definitivo del túnel. Para el revestimiento definitivo, es necesario prever un armado atípico para los sectores en correspondencia con los portales de nichos y galerías, que en general se traduce en pérdidas en el ritmo de avance del mismo.

7.6 Programación de Obra

La programación de la obra para cada alternativa se encuentra planteada en forma preliminar en los planos GCS-PP-TUN-CIV-011, GCS-PP-TUN-CIV-021 y GCS-PP-TUN-CIV-030 adjuntos al presente informe dentro del Anexo 2. Como se indicó anteriormente, la programación planteada es de carácter preliminar y se elabora con el fin de evaluar y comparar cada una de las alternativas planteadas. Asimismo, una de los objetivos que tiene el análisis de la programación de la construcción es la necesidad de definir las cantidad, tipología y emplazamiento de las obras de acceso subterráneas que se requieren para llevar a cabo la excavación subterránea y lograr una programación equilibrada de los diferentes frentes parciales intermedios. Todas las programaciones presentadas corresponden a la construcción de un único túnel quedando la planificación del segundo túnel supeditada a la primera.

Para determinar los avances promedio de excavación se elaboró la planilla, incluida al final del presente punto como Figura 39, en la cual se estiman por un lado los días efectivos de avance por año que surgen de los días de trabajo sin restricción a los cuales se descuentan los días necesarios por paradas imprevistas y un factor de limitación de accesibilidad en invierno.

El análisis fue realizado para 3 calidades de macizo rocoso: muy pobre; moderada a buena y muy buena. Para cada una de las calidades de macizo antes mencionadas se determinó en forma estimativa el avance anual tanto para el sentido ascendente de excavación como para el sentido descendente.

Los valores de avance anual calculados para las distintas calidades de macizo rocoso se correlacionan con las clases de comportamiento geomecánico definidas en el informe geológico según se puede apreciar en la planilla. La calidad de macizo definida como C4 se asumió igual a la C2 con la diferencia que existe en la primera un mayor riesgo geológico.



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Conociendo los avances anuales para cada calidad de macizo y en función del comportamiento geomecánico definido en forma preliminar en el informe geológico es posible determinar en forma aproximada el avance anual para cada tramo del túnel en cada alternativa. Cabe consignar, que los avances promedio adoptados para cada calidad de macizo se estimaron incorporando una cierta reserva para absorber eventos inesperados y situaciones de riesgo geológico-geotécnicas e hidrogeológicas. Es así que las programaciones que resultan a través de este análisis, destinadas a definir la obra civil subterránea y permitir que no se produzcan atrasos debido a deficiencias de infraestructura de acceso, no resultan en los mismos plazos parciales y totales de construcción de los túneles de base y sus instalaciones que son presentados a través del Informe 4.21 – Cronogramas y Presupuestos.

Tal como se puede observar en los planos GCS-PP-TUN-CIV-011 y GCS-PP-TUN-CIV-021 adjuntos en el Anexo 2 de este informe, el camino crítico para las alternativas A5 y A8 pasa por la excavación del tramo central del túnel entre Quebrada Navarro y Puente del Inca, sector que se corresponde con la mayor dificultad desde el punto de vista geológico. La difícil accesibilidad al túnel en forma conjunta con las dificultades geológicas del sector, hacen que el mismo se convierta en el sector de mayor criticidad del proyecto. Para la alternativa A10A, según se observa en el plano GCS-PP-TUN-CIV-030 adjunto, el camino crítico pasa por la excavación del sector comprendido entre Cristo Redentor y el portal de salida ubicado en Quebrada Navarro.



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Figura 39 – Planilla de cálculo de rendimientos de avance promedio para distintas alternativas de excavación



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8 CÓMPUTO DE VOLÚMENES DE OBRA

Se adjuntan a continuación dentro del Anexo 3 de este informe los cómputos de obra civil elaborados para cada alternativa de túnel. Para cada alternativa y cada sector de túnel se determinó el volumen de excavación y el volumen de hormigón de segunda etapa, partiendo de los volúmenes unitarios que surgen de las secciones transversales definidas en los planos GCS-PP-TUN-CIV-050 y GCS-PP-TUN-CIV-051 adjuntos al presente informe en el Anexo 2.

En cada tramo de túnel y para cada alternativa fueron computados los túneles principales, nichos, galerías, accesos, cavernas, etc., teniendo en cuenta para cada uno, las longitudes de cada tramo y las secciones transversales correspondientes.

Se determinaron los volúmenes para cada etapa de obra, teniendo en cuenta tanto los túneles definitivos como los de carácter netamente constructivo, como ser cavernas de montaje para tramos excavados con TBM y cavernas de acceso y de logística para la construcción.

Al final de cada alternativa se adjunta una hoja resumen donde figuran los cómputos de excavación y hormigón definitivo agrupados por tramo y los volúmenes totales para todo el túnel.

Los cómputos realizados corresponden exclusivamente a las obras en el interior del túnel, es decir, no fueron evaluados los volúmenes de obra relativos a obradores, plantas de elaboración de hormigón, plantas de ventilación, etc. Tampoco fueron determinados los volúmenes de obra relativos a drenaje, canalización de agua, etc.



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9 ESTIMACIÓN DE COSTOS

En función de los cómputos de obra civil y teniendo en cuenta además los plazos de duración de obra calculados en forma estimativa para cada sector del túnel, se realizó una evaluación preliminar de los costos de obra civil para las distintas alternativas de túnel de base.

Tanto los costos de referencia como los plazos de construcción estimativos para cada tramo fueron tomados del túnel Brennero teniendo en cuenta los sectores del mismo que tuvieran condiciones geológicas o de comportamiento geomecánico similares. El motivo de desarrollo de la presente estimación de costos es el de tener un valor comparativo de referencia frente a la estimación integral de costos presentada a través del informe GGG-025 “Gastos y Plazos”, la que se constituye en la estimación oficial del presente Estudio de Factibilidad.

Para la determinación del costo se evaluaron por un lado los costos de excavación y de hormigón de revestimiento los cuales representan el mayor aporte al costo total de obra civil del túnel. Por otro lado fueron analizados los costos fijos y dependientes del tiempo para las instalaciones de obradores y demás obras auxiliares que surgen de la programación de obra asumida para cada alternativa. Los costos de equipamiento electromecánico y ferroviario están fuera del alcance de la presente evaluación y serán objeto de un estudio en particular.

9.1 Determinación del Costo Medio y Desviación

Tanto para los costos de excavación como para los de hormigón de segunda etapa se consideraron un límite superior y un límite inferior para los costos unitarios, para los costos unitarios dependientes del tiempo y para los plazos de construcción con el fin de determinar un posible rango de costos y una desviación en el costo medio.

Tanto los costos de excavación como los costos de hormigón están integrados por dos componentes, un costo unitario fijo por m3 y, por otro lado, un costo dependiente del tiempo, el cual surge de multiplicar los costos unitarios dependientes del tiempo por el tiempo estimado para la construcción.

En función de los costos unitarios del túnel Brennero se estimaron valores mínimos y máximos para los costos unitarios antes mencionados. Los costos mínimos de obra civil surgen de asumir los costos unitarios mínimos adicionados a los costos unitarios mínimos dependientes del tiempo que surgen de considerar los plazos mínimos de construcción y viceversa.

9.1.1 Costo de Excavación

Para determinar el costo de excavación se evaluaron los costos unitarios máximos y mínimos para c/u de las cuatro categorías de comportamiento geomecánico (C1, C2, C3 y C4) y para cada una de ellas fueron evaluados los costos teniendo en cuenta el sentido de excavación, es decir, descendente, ascendente, horizontal y vertical.

Al igual que los costos unitarios, se evaluaron también los plazos máximos y mínimos para cada categoría de comportamiento geomecánico. Tanto la evaluación de costos como de plazos de construcción fueron realizadas para la metodología constructiva



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convencional, como así también para excavación con TBM y para distintas tipologías de secciones transversales.

Las secciones transversales fueron agrupadas, en forma simplificada, en 3 sub-grupos, el primero correspondiente a los nichos y galerías menores con secciones de excavación inferiores a los 60m2, el segundo asociado a secciones de excavación entre 60m2 y 100m2, en el cual están incluidos los túneles principales, y el tercero para secciones con un área de excavación superior a los 100m2, en el que están incluidas las grandes cavernas.

9.1.2 Costo de Hormigón Definitivo y Terminaciones del Túnel

El costo de hormigón definitivo y de terminaciones interiores de las obras subterráneas fue evaluado siguiendo criterios similares a los asumidos para la evaluación de los costos de excavación. El costo total también está integrado por costos unitarios fijos y costos dependientes del tiempo, los cuales surgen de considerar los plazos de hormigonado estimados para cada tipo de túnel.

Al igual que en el costo de excavación, fueron evaluados los costos máximos y mínimos de costos unitarios y plazos de construcción, tanto para construcción con la metodología convencional como para construcción con TBM teniendo en cuenta, al igual que en el costo de excavación, el sentido de hormigonado (descendente, ascendente, vertical u horizontal).

Los costos unitarios de hormigonado como así también los plazos de construcción, al igual que en el costo de excavación, son función del tamaño de la sección transversal considerada. La evaluación de costos unitarios respetó los mismos subgrupos de secciones transversales que los considerados en el punto 9.1.1 del presente informe.

9.1.3 Costo de Obradores

Los costos fijos y dependientes del tiempo para los distintos obradores que surgen a partir de la programación de obra planteada fueron determinados como valores globales en función de obras similares partes del túnel Brenero. Para cada alternativa fueron evaluados los costos de los obradores construidos, tanto en los portales de ingreso y egreso, como así también en los accesos y en las futuras estaciones multifunción. Los costos están integrados tanto por el equipamiento como así también el costo de salarios del personal que trabaja en forma permanente en dichos obradores.

Se adjunta en el Anexo 4 de este informe un resumen con los costos máximos, mínimos y medios estimados para las tres alternativas de túnel analizadas. Para la alternativa A10a no sólo incluye los costos del túnel de base entre Juncal Alto y Quebrada Navarro, sino también los costos de los túneles de rulo y de ladera ubicados entre Río Blanco y Juncal Alto, agrupados en el denominado tramo Tr6 de dicha alternativa.

En forma paralela al presente análisis, el Grupo Consultor efectuó una estimación de costo adicional basada en costos unitarios de referencia que surgen del túnel Lyon-Torino. La comparación entre los costos obtenidos en base al túnel Brenero y los correspondientes al túnel Lyon – Torino muestran diferencias no superiores al 5% para las distintas alternativas.



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10 CONSIDERACIONES FINALES

A lo largo del presente informe se analizan alternativas de trazado y constructivas de 4 alternativas de túneles de baja altura, focalizándose el estudio en 3 de ellas, consideradas las más razonables para el proyecto, desde un punto de vista global. Desde un punto de vista estrictamente geológico-geotécnico y también de condiciones de seguridad para los usuarios, la alternativa de túnel de baja altura más corta, es decir, la A10, con poco más de 18 km de longitud es la más favorable, exhibiendo los menores riesgos de aumento de costo, plazos y de seguridad. No obstante ello, desde un punto de vista global, básicamente desde la perspectiva de capacidad de transporte de carga y rentabilidad financiera a largo plazo, las alternativas de túneles más largas, (A8, con aproximadamente 43 km, y A5, con aproximadamente 52 km) resultan las más favorables. Éstas presentan más riesgos durante la operación y la construcción. Una vez disponibles los resultados de la primera campaña de investigaciones geológico-geotécnicas de profundidad y evalua-das éstas será posible entregar conclusiones más definitivas sobre la envergadura real de los riesgos que hasta el momento son sólo estimaciones.



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ANEXO 1

Resultados del Análisis de Riesgos Geológico-geotécnicos e Hidrogeológicos

durante la construcción de Túneles de Baja Altura



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ANEXO 2

Planos



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ANEXO 3

Cómputos de Cantidades de Obra Civil de Túneles de Baja Altura



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ANEXO 4

Estimación de Costos de Obra Civil de Túneles de Baja Altura

4.06 - estudio de tuneles

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