anejo nº 13. diseÑo de tÚneles

Proyecto de terminación de las obras del proyecto de construcción del colector interceptor general Santoña-Laredo-Colindres. Tramo: Santoña-Laredo. Saneamiento general de las marismas de Santoña (Cantabria).

ANEJO Nº 13. DISEÑO DE TÚNELES


P0901-SR-PCT-A13001-V03.doc Anejo nº 13 – Diseño de túneles

ÍNDICE

Página

1. INTRODUCCIÓN............................................................................................................................1 2. CARACTERÍSTICAS GEOLÓGICAS............................................................................................2 3. TIPOLOGÍA Y MÉTODO CONSTRUCTIVO .................................................................................4 4. DEFINICIÓN DEL SOSTENIMIENTO - REVESTIMIENTO...........................................................6

4.1. Características generales................................................................................................. 6 4.2. Acciones del terreno......................................................................................................... 8 4.3. Cálculo del armado de las dovelas................................................................................ 16

5. CARACTERÍSTICAS DE LA TUNELADORA.............................................................................21 6. EMBOQUILLES ...........................................................................................................................23 7. AUSCULTACIÓN.........................................................................................................................25

7.1. Medidas necesarias......................................................................................................... 26

7.2. Equipos de medida.......................................................................................................... 28

7.3. Supervisión geotécnica .................................................................................................. 28

7.4. Informe y análisis de los resultados ............................................................................. 28

7.5. Equipo de auscultación .................................................................................................. 29

APÉNDICE 1. CÁLCULO DEL REVESTIMIENTO

APÉNDICE 2. CÁLCULO DE DOVELAS


P0901-SR-PCT-A13001-V03.doc Anejo nº 13 – Diseño de túneles 1

1. INTRODUCCIÓN

El presente proyecto plantea la ejecución de un túnel, denominado Túnel del subfluvial, que trasvasa

las aguas residuales desde Laredo hasta Santoña. Éstas discurren entubadas, y se ha planteado una

sección tipo visitable, de forma que quede espacio suficiente para poder efectuar tareas de

mantenimiento en el interior o reponer tramos de tubería dañados o deteriorados.

El túnel cruza bajo la bahía de Santoña hasta el puntal de Laredo, con una longitud de 1.444 m.

En este anejo se describe detalladamente el diseño adoptado y se justifican los sostenimientos y

revestimientos proyectados, así como otras medidas complementarias, tales como el diseño de los

emboquilles, tratamientos del terreno necesarios, etc.



2. CARACTERÍSTICAS GEOLÓGICAS

El túnel del subfluvial permite cruzar las aguas residuales desde el puntal de la playa de La Salve, en

Laredo, hasta la estación de bombeo que se situará en Santoña. Los terrenos atravesados serán de

dos tipos: calizas bioclásticas karstificadas y arenas de playa con diferentes contenidos en finos. El

bombeo se sitúa sobre roca caliza, por lo que el primer tramo del túnel deberá ser perforado en este

material, y el pozo de salida (pozo de entrada del subfluvial) en arenas y arenas limosas.

Vista del trazado del túnel desde la playa de La Salve. Al fondo el monte Buciero.

La investigación de los terrenos que atravesará el túnel se ha realizado en tres fases:

- Campaña realizada para el Proyecto general. Se realizaron los sondeos S-6 y S-7 en los

puntos en los que estaban previstos los pozos de ataque y salida, y los sondeos eléctricos

verticales SEV-1 y SEV-2.

- Campaña de obra realizada en 2007. Se ejecutaron, en varias fechas, 11 sondeos a lo largo

del túnel, incluyendo uno en la zona central de la ría.

- Campaña complementaria realizada en 2009. Se realizaron 4 sondeos y una tomografía

eléctrica en el entorno del cruce de la ría

Con toda esta información se ha interpretado el perfil geotécnico que se incluye en Planos. Como

puede verse en ellos, aproximadamente la mitad del túnel se excavará en arenas de playa, con

diferentes contenidos en finos, y la otra mitad en roca caliza o en zonas de contacto roca-arena.



En lo que se refiere a la roca, los sondeos han mostrado un macizo rocoso con signos de karstificación,

con fenómenos de disolución y cavidades de tamaño centimétrico. Se trata de una caliza blanca con

algunas fracturas rellenas de calcita, con un RQD poco variable, generalmente del 60%. Los ensayos

de laboratorio realizados en las diferentes fases de investigación han caracterizado la roca sana con

una resistencia a compresión de 60 MPa, aunque se han obtenido algunos valores puntuales por

encima de los 100 MPa.

En lo referente a las arenas, están íntimamente asociadas a la flecha litoral, la cual se ha sedimentado

a partir de los aportes de las corrientes marinas y de la ría de Colindres. Se componen principalmente

de arenas calcáreas de grano fino, con bioclastos, de tonalidades amarillentas a anaranjadas. Se

presentan limpias o con pocos finos en la zona de la ría y en los 10-15 m superficiales en el lado

Laredo, y más limosas a partir de esa profundidad. En el lado Santoña las arenas son de naturaleza

silícea, pero no serán afectadas por el túnel.

Forman unos depósitos potentes de material suelto en los primeros metros, y más compactos al

aumentar la profundidad. Son materiales permeables, dato que se corroboró al excavar las calicatas,

en las que se observó flujo de agua hacia el hueco de la excavación y desmoronamiento de las

paredes, así como por los procesos de sifonamiento durante la perforación de los sondeos.



3. TIPOLOGÍA Y MÉTODO CONSTRUCTIVO

La sección tipo proyectada coincide con la propuesta en el proyecto general, es decir, una sección

circular de 3,40 m de diámetro interior, con un revestimiento a base de dovelas de hormigón armado

prefabricadas, de 25 cm de espesor. En el interior se alojan dos tuberías de poliéster reforzadas con

fibra de vidrio, tal como puede verse en la siguiente figura:

Sección tipo del túnel del subfluvial

Puesto que la excavación deberá realizarse en un terreno muy poco cohesivo y bajo el nivel freático, lo

más adecuado es realizar la perforación con un escudo cerrado. Cualquiera de los tipos existentes de

máquinas de este tipo (hidroescudos, escudos de frente en presión de tierras, escudos presurizados

con aire comprimido, etc.) pueden ser válidas en este caso concreto.

La perforación del túnel se realizará desde el lado Santoña, partiendo del pozo del Bombeo del

subfluvial, de forma que la pendiente ascendente del trazado permita el drenaje natural de las aguas de

infiltración que se recojan durante el proceso constructivo.



La salida de la máquina tuneladora se realizará por el lado Laredo, en el pozo PR-1, donde se sitúa la

obra de carga del sifón del subfluvial. Este pozo estará preparado para la extracción de la máquina, ya

que se habrá ejecutado un tapón de jet-grouting en la zona de entronque de ambas obras.



4. DEFINICIÓN DEL SOSTENIMIENTO - REVESTIMIENTO

4.1. Características generales

Una vez elegida la solución de túnel con ejecución mecanizada se concluye automáticamente en un

sostenimiento - revestimiento mediante dovelas prefabricadas de hormigón.

El revestimiento del túnel del subfluvial estará formado por anillos yuxtapuestos, de 120 cm de anchura,

con un diámetro interior de 3,40 m y un espesor de 25 cm. Estos anillos están formados a su vez por

dovelas prefabricadas de hormigón armado, que se montan al abrigo de la coraza del escudo, y que se

encajan unas con otras, atornillándose en las juntas mediante tornillos curvos que se alojan en insertos

embutidos en la dovela contigua.

Los anillos serán de forma troncocónica, con una anchura de 119,5 cm en un extremo y 120,5 cm en el

opuesto. Este tipo de anillos permite realizar tramos curvos, con un radio mínimo de 230 m, o bien

tramos rectos sin más que ir alternando su colocación. De esta forma se podrá ejecutar el tramo curvo

(en alzado) existente en el túnel, así como corregir las pequeñas desviaciones que puedan ir

produciéndose durante la excavación.

Para constituir el anillo completo se dispondrán cinco dovelas de 67º y una dovela en la clave de 25º,

todas ellas de 25 cm de espesor, tal como verse en el documento de planos.

El montaje del anillo se realiza siempre con la misma secuencia, comenzando por la pieza de solera y

terminando por la llave, siempre en posición central, por lo que:

• El montaje es más seguro, ya que se realiza siempre a favor de la gravedad.

• La secuencia de colocación, siempre idéntica, permite un ahorro de tiempo en el ciclo de

colocación, que resulta muy significativo en una obra de esta longitud.

• Al ocupar las dovelas la misma situación en el anillo, es posible diseñar la dovela de solera de

forma que lleve incorporadas las vías para las vagonetas de retirada de escombros y/o

transporte de dovelas.

En cuanto a la impermeabilización del revestimiento, se logra de la siguiente forma:

• En primer lugar, con la colocación en las juntas de la dovela de unas bandas o tiras de

impermeabilización (impermeabilización primaria).



• En segundo lugar, una vez colocadas las dovelas en su posición, la inyección del espacio que

queda entre la superficie excavada y el anillo de dovelas construido (impermeabilización

secundaria)

En realidad sería más correcto decir que la inyección el trasdós de las dovelas cumple la misión de ser

la impermeabilización primaria, ya que, en la práctica, es la primera barrera que encuentra el agua

freática en su recorrido hacia el interior de túnel, siendo la secundaria la que proporciona las juntas.

Normalmente estas bandas impermeabilizantes están fabricadas con cauchos de etileno-propileno

(E.P.D.M.) termo-polímeros, o de policloropreno (CR), vulgarmente conocido este compuesto bajo la

denominación de neopreno, ya que éste fue el nombre comercial del primer caucho fabricado en este

compuesto a escala industrial.

Las bandas se encuentran alojadas en unos rebajes situados en las juntas, muy próximos al trasdós,

construidos a tal efecto en las juntas horizontales y circunferenciales de las dovelas. El encaje de las

bandas en los rebajes se hace normalmente a presión o mediante el empleo de resinas.

Las bandas funcionan, fundamentalmente, por la compresión que sufren ante los esfuerzos que les

transiten los tornillos de fijación con que se unen las dovelas.

Además de las juntas entre las dovelas que constituyen un anillo del revestimiento (juntas horizontales),

existen las de unión entre los diferentes anillos (juntas circunferenciales), en las que las bandas de

estanqueidad también funcionan por deformación bajo presión, en este caso la que transmiten los

gatos de la tuneladora al hacer reacción en el último anillo construido.

En cuanto a lo que se ha denominado como impermeabilización secundaria, esto es, la inyección del

hueco anular creado entre la excavación realizada por la tuneladora y el anillo constituido por las

dovelas, las fases son las siguientes: una vez conformado el anillo de dovelas y colocado en su

posición definitiva se rellena el hueco que queda entre su trasdós y la excavación realizada, empelando

medios neumáticos, con una lechada de cemento.

El acabado del anillo en el intradós no proporciona una superficie lisa, sino que además de los huecos

donde van alojados los tornillos de fijación de las dovelas, queda entre ellos una pequeña acanaladura

tanto horizontal como circunferencialmente. Estas acanaladuras pueden rellenarse con un producto

que haga el sellado final, si se desea o se comprueba que existe alguna pequeña filtración a través de

ellos.



4.2. Acciones del terreno

4.2.1. Modelo de cálculo

Como se ha comentado en apartados anteriores, el túnel del subfluvial atravesará una primera parte en

roca caliza karstificada, de unos 250 m de longitud. Posteriormente, atravesará una zona de unos 500

m en los que la rasante se encuentra próxima al contacto entre las arenas y la roca caliza. Finalmente,

el último tramo, de unos 700 m de longitud, se perforará íntegramente en arenas.

De acuerdo con estos condicionantes se han calculado 3 secciones. Son las siguientes:

• Cálculo nº 1. Sección en calizas. P.K. 0+020. Se trata de la sección con esfuerzos mínimos,

calculada por si resulta condicionante de cara a calcular las cargas que pueden transmitir

polipastos empleados para la ulterior colocación de los tubos.

• Cálculo nº 2. Sección en arenas, con mínimo recubrimiento, bajo el mar. P.K. 0+350. Se trata

de la sección más problemática en relación con movimientos en la superficie del terreno.

• Cálculo nº 3. Sección en arenas, con máximo recubrimiento, bajo el nivel freático. P.K. 0+820.

En ella se generan los máximos esfuerzos.

Esta sección se ha modelizado con el programa FLAC 2D versión 5.0, un programa de diferencias

finitas cuya versatilidad es total y que se adapta perfectamente a problemas que implican una

interacción estructura-terreno-agua. El cálculo se ha ejecutado mediante un modelo 2D en deformación

plana. En la figura siguiente se reproduce el modelo de cálculo empleado en el Cálculo nº 2 y la malla

utilizada.



Geometría del modelo de cálculo del P.K. 0+350, distinguiéndose

en él 2 capas diferentes de arenas

En todos los casos se ha llevado a cabo un cálculo por etapas, con las siguientes fases de cálculo:

1 – Estado inicial geostático, sin agua.

2 – Adición de presiones intersticiales.

3 – Excavación en avance. Relajación parcial de las tensiones de confinamiento. Se han adoptado

porcentajes de relajación de tensiones de 70 % para los cálculos en arenas y de 80 % para los

cálculos en calizas, siendo 0 % la relajación total de tensiones y 100 % la situación de estado

inicial. Se trata de valores comúnmente admitidos en bibliografía para túneles construidos con

tuneladora de frente cerrado.

4 – Colocación del sostenimiento-revestimiento y relajación completa de las tensiones de

confinamiento.



En los siguientes apartados se exponen las hipótesis de cálculo adoptadas, el proceso de cálculo y un

resumen de las modelizaciones realizadas y los resultados obtenidos. Las salidas gráficas del

programa FLAC se recogen en el Apéndice 1: Cálculos de FLAC del presente anejo.

4.2.2. Parámetros de cálculo

4.2.2.1. Propiedades del terreno

Las arenas se han caracterizado según el modelo de rotura de Mohr-Coulomb, con los siguientes

parámetros de cálculo. En el caso del módulo de deformación se ha empleado la fórmula, variable con

la profundidad:

α

σσ

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛⋅=

00

'EE , siendo σ0= 10 kPa y E0, α parámetros a determinar en cada tipo de terreno.

Secció

n

Tipo de

terreno

γsat

(t/m3) E0 (MPa) α E (MPa)

c’

(kPa) φ’ (º) φ’r (º) n k (m/s)

Arenas 1 2,00 15 0,7 50 1 32 30 0,40 10-5 0+020

Calizas 2,70 - - 2.500 250 48,0 48,0 0,01 10-8

Arenas 1 2,00 15 0,7 50 1 32 30 0,40 10-5 0+350

Arenas 2 2,05 15 0,7 110 2 34 31 0,36 10-5

Arenas 2,00 20 0,7 90 1 32 30 0,40 10-5

Arenas limosas

1 2,00 15 0,65 90 3 33 30 0,40 10-6

0+820

Arenas limosas

2 2,05 15 0,65 125 3 34 31 0,36 10-6

4.2.2.2. Propiedades de los elementos del sostenimiento – revestimiento de dovelas

El anillo de dovelas se ha modelizado con elementos de tipo viga curvos. El contacto terreno -

revestimiento se simula por medio de una interfase, que representa un contacto discontinuo con

comportamiento de Mohr-Coulomb. Como parámetros de cálculo se han adoptado los siguientes, de

acuerdo a las formulaciones de la EHE-08 para un hormigón HA-40:

Módulo de elasticidad 31.000 MPa

Coeficiente de Poisson 0,2



Espesor 0,25 m

Momento de inercia 1,302·10-3 m4

Resistencia de cálculo 26,67 MPa

4.2.3. Resultados

4.2.3.1. Sección de cálculo nº 1. P.K. 0+020

Todo el modelo se ha generado en calizas, distinguiéndose únicamente una capa superior, de 5 m de

espesor, de arenas. Las principales cotas de referencia son las siguientes:

Cota de terreno: +8,0

Cota de nivel freático: +3,0

Cota de centro de túnel: -36,0

Se obtienen los siguientes resultados:

Máximo desplazamiento en superficie < 1,0 mm

Convergencia horizontal: 1,3 mm

Convergencia vertical: 1,5 mm

Axil máximo: 1.026 kN/m

Momento flector máximo: 1,354 kN·m/m

Cortante máximo: 1,512 kN/m

Tensión máxima dovela: 4,62 MPa

Tensión mínima dovela: 3,58 MPa

Como puede verse los movimientos son despreciables y los esfuerzos limitados. En el Apéndice 1 se

incluyen las totalidad de las salidas gráficas de FLAC.



Movimientos en el entorno del túnel

Esfuerzo axil

4.2.4. Sección de cálculo nº 2. P.K. 0+350

Se ha adoptado el siguiente perfil de cálculo:

Nivel máximo del mar a la cota +3,0



Cota de terreno: -17,0

Cota del centro del túnel: -36,0

Nivel superior de arenas: por encima de la cota -29,0

Nivel inferior de arenas: por debajo de la cota –29,0


Máximo desplazamiento en superficie 1,2 mm








Como puede verse los movimientos y los esfuerzos reducidos. En el Apéndice 1 se incluyen las

totalidad de las salidas gráficas de FLAC.




Esfuerzo axil

4.2.5. Sección de cálculo nº 3. P.K. 0+820

Se ha adoptado el siguiente perfil de cálculo:

Cota de terreno: +4,0

Nivel freático: +3,5

Cota del centro del túnel: -32,0

Nivel de arenas: por encima de la cota –12,0

Nivel superior de arenas limosas: entre las cotas –12,0 y –24,0

Nivel inferior de arenas limosas: por debajo de la cota –24,0


Máximo desplazamiento en superficie 1,2 mm










Como puede verse los movimientos son despreciables y los esfuerzos limitados. En el Apéndice 1 se

incluyen la totalidad de las salidas gráficas de FLAC.


Esfuerzo axil



4.3. Cálculo del armado de las dovelas

Para este diseño estructural se tendrán en cuenta todas las acciones a las que estarán sometidas las

dovelas, comenzando con el desencofrado, pasando por las etapas de manipulación, almacenamiento

y colocación, analizando posteriormente los empujes producidos por los gatos y finalizando con la

entrada en carga del anillo debido a las acciones del terreno y del agua.

Por este motivo se tendrán en cuenta en el dimensionamiento estructural las siguientes acciones sobre

las dovelas:

- Acciones debidas al terreno y al agua freática

- Acciones de manipulación de una dovela

- Construcción y desencofrado

- Almacenamiento de dovelas

- Empuje de los gatos

La armadura resultará del efecto más desfavorable, teniendo en cuenta además las cuantías mínimas a

colocar por fenómenos de retracción y fluencia, según las especificaciones de la EHE, así como la

cuantía mínima mecánica.

Se ha calculado adicionalmente la carga máxima que puede transmitir un polipasto para el montaje de

tubos suponiendo una situación de carga muy desfavorable (axil mínimo de 100 kN/m) y que la carga

se aplica sobre una junta entre dovelas.

A continuación se incluyen las bases de cálculo y las conclusiones principales, recogiéndose los

cálculos completos en el Apéndice 2: Cálculos de armado.

4.3.1. Características de los materiales

4.3.1.1. Hormigón

Se utilizará hormigón H-40, cuyas características son las siguientes:

Resistencia característica a compresión a los 28 días (fck) 40 MPa

Resistencia a tracción (fct,k) 2,45 MPa

Modulo de elasticidad (Ec) 31.000 MPa



4.3.1.2. Acero

Se utilizará acero tipo B 500 S, cuyas principales características son:

Límite elástico (fyd) 500 MPa

Módulo de elasticidad (Es) 210 GPa

4.3.1.3. Coeficientes de seguridad

Los coeficientes de seguridad adoptados son los siguientes:

Tipo de Carga Servicio Última

Peso Propio 1,0 1,35

Presión de Agua 1,0 1,35

Presión del Terreno 1,0 1,35

Presión de Plastificación 1,0 1,35

Presión de los Gatos 1,0 1,1

Material Servicio Última

Hormigón 1,0 1,5

Acero 1,0 1,1

Tornillos 1,0 1,1

4.3.2. Acciones de cálculo

4.3.2.1. Cargas del terreno

Las cargas debidas al terreno y al agua son las calculadas en el apartado 3.3.2.

A partir de estos esfuerzos se determina que no es necesario incluir un armado mayor que el armado

mínimo.

4.3.2.2. Cargas de manipulación de una dovela

Durante la colocación de una dovela, para formar un anillo, ésta se sitúa en su lugar mediante un

erector que levanta la dovela por el “inserto” y la presenta en su posición definitiva.

Para el cálculo de la carga se considera que la dovela se sujeta en un único punto en su centro.



Los esfuerzos generados no superan los valores de referencia para la sección con su armado mínimo.

4.3.2.3. Cargas de desencofrado de una dovela

Cuando se procede al hormigonado de una dovela, éste se realiza mediante el vertido de hormigón en

los moldes metálicos posteriormente a la colocación de la jaula de armaduras y de los insertos, en caso

de haberlos.

Después se realiza el curado de la misma y, una vez que termina el proceso de curado, la resistencia

mínima que debe alcanzar la dovela será de 10 MPa.

La carga y el dimensionamiento es igual que en el apartado anterior, sin embargo la resistencia del

hormigón es de 10 N/mm2.

4.3.2.4. Cargas de almacenamiento

Se aplicarán las siguientes restricciones al apilamiento y almacenamiento de las dovelas terminadas:

- Habrán alcanzado una resistencia en probeta cilíndrica de 10 MPa.

- La pila no será de más se 5 dovelas más cierre en altura cuando las dovelas estén

descansando con el intradós o el trasdós hacia abajo.

- Los soportes de madera entre las dovelas en una pila serán colocadas una directamente

encima de la otra.

Se considera que, tanto en factoría como en obra, las dovelas se almacenan en grupos de 5 más la de

cierre, formando un anillo completo.

Suponemos que cuando se comienza el apilamiento de dovelas, éstas ya han alcanzado el valor

mínimo de resistencia permitido, es decir fck = 10 MPa. Las acciones a las que van a estar sometidas

las dovelas son las debidas a su peso propio, con lo que nos encontramos en la misma situación que

en los casos anteriores. El resultado vuelve a ser requerimientos de armadura inferiores a las cuantías

mínimas.

4.3.2.5. Cargas de los gatos de empuje

El desplazamiento del escudo se realiza mediante el empuje de los gatos hidráulicos que se apoyan

sobre las dovelas ya montadas.



En cuanto a las características que a continuación se describen, es obvio que pueden no corresponder

con las reales. Sin embargo, a partir de la experiencia en obras similares, se pueden considerar

representativas de las que finalmente resulten.

El escudo lleva incorporados 10 gatos hidráulicos. La fuerza máxima de cada gato es de 50 t, lo que

representa un empuje máximo total sobre el anillo ya montado de unas 500 t.

La transmisión de esfuerzos desde el gato a la dovela se realiza mediante una zapata rígidamente

empotrada a aquél, con forma curva para adaptarse a la dovela y aplicando la carga de compresión

centrada con respecto al espesor de la dovela.

La zapata tipo tiene unas dimensiones de 400x200 mm.

La tensión horizontal uniforme que se produce sobre las dovelas es:

euFn g

h

γσ =

siendo:

n: número de gatos

F: fuerza máxima ejercida por cada gato

γg: coeficiente de mayoración de la presión de los gatos

u: perímetro de la sección

e: espesor de las dovelas

En este caso:

MPakPamm

kNh 92,11919

25,047,111,150010

==⋅

⋅⋅=σ

valor considerablemente inferior a la resistencia característica del material.

4.3.2.6. Máxima carga a transmitir por un polipasto

Considerando un coeficiente de rozamiento de 0,30 en la junta entre dovelas y un esfuerzo axil muy

reducido de 100 kN/m, claramente inferior a los valores más bajos obtenidos en cálculo, se obtiene una



carga máxima de 13,5 kN/m, suficiente para la instalación de polipastos que permitan la colocación de

los tubos en el interior del túnel.

4.3.3. Cálculo de armadura

Como se ha indicado anteriormente es suficiente disponer una cantidad de armadura superior a las

cuantías mínimas que establece la EHE, y que son las siguientes:

- Cuantía mecánica. Se dispondrán, en cada uno de los paramentos del arco una cuantía

superior al siguiente valor:

dyds NfA ≥ 05,0

- Cuantía geométrica. Se dispondrá, en la sección de hormigón, una cuantía de armadura

superior al 3,2‰:

%32,0≥c

s

AA



5. CARACTERÍSTICAS DE LA TUNELADORA

Al plantearse la excavación del túnel con una máquina tuneladora de tipo escudo cerrado es importante

evaluar la diferente naturaleza de los materiales que será necesario atravesar.

Aproximadamente la mitad del túnel estará perforado en arenas de playa situadas bajo el nivel del mar,

con una presión de aguas moderadamente alta (40 m.c.a.), lo que “obliga” al empleo de máquinas de

tipo escudo de frente cerrado. La otra mitad del túnel se excavará en roca caliza, o bien en zonas de

transición roca-arena, con tramos en los que parte de la sección se excavará en roca y parte en suelos.

Existen varios tipos de escudos de frente cerrado según el sistema empleado para estabilizar el frente y

el método de arranque en el frente. Dadas las condiciones geotécnicas de este túnel concreto, se

considera como más adecuada una máquina de tipo “slurry”, es decir, con el frente presurizado

mediante lodos bentoníticos, con aporte de espumas u otros aditivos para extraer el material del frente

en caso necesario.

Sin embargo, otros métodos son también válidos para ejecutar este túnel, por lo que queda a juicio de

la Dirección de Obra el admitir variantes a esta máquina.

En cualquier caso, el contratista deberá demostrar que la tuneladora es capaz de efectuar un ciclo

completo de excavación consistente en avance de máquina, y erección de anillo de dovelas y

colocación del anillo que supongan en 6 h una velocidad media de avance de 0,5 m/hora cuando se

excave en roca y de 2,0 m/hora en arenas.

El diámetro nominal de excavación será de 4,20 m, correspondiente a la sección de abono.

La máquina en su conjunto y sus componentes estarán diseñados para una vida mínima de 20.000 h

de operación.

La máquina irá provista de aperturas o ventanas para poder acceder al frente de perforación y efectuar

trabajos especiales en el frente, tales como retirada de bloques de roca u otros obstáculos para la

perforación, tratamientos del terreno, etc.

Puesto que cualquier trabajo en el frente requiere presurizar el mimo y someter a los trabajadores a

altas presiones, la máquina deberá estar provista de un módulo de cámara hiperbárica.

La máquina podrá ser mantenida y desmontada desde su interior y estará diseñada para ello,

disponiendo de fácil acceso a todas aquellas partes que potencialmente pudieran requerir su

sustitución durante la ejecución del túnel.



Los elementos cortadores podrán ser rápidamente desmontados y/o intercambiados con otros tipos de

cortadores en función de las diferentes características de los materiales a perforar y del desgaste que

los mismos vayan sufriendo.

Para conseguir la máxima fiabilidad se utilizará en lo posible sistemas duplicados o redundantes, con

componentes estándar para facilitar la intercambiabilidad de partes entre máquinas.

La máquina tuneladora dispondrá de un sistema de guiado y posicionamiento que le permita en todo

momento conocer su posición y orientación tanto en planta como en alzado y por consiguiente su

desviación respecto a la posición teórica de proyecto. Estará capacitada para corregir su orientación en

cada fase de excavación no aceptándose en caso alguno que las desviaciones tanto en planta como en

alzado excedan de " 5 cm respecto de la teórica.

El contratista justificará en función de las características geométricas de la máquina y las geológico-

geotécnicas del terreno las necesidades de empuje a suministrar por los gatos hidráulicos para

solventar todas las situaciones de operación que puedan presentarse, y para evitar que la máquina

quede “atrapada” por la presión del terreno sobre el escudo.



6. EMBOQUILLES

Los emboquilles del túnel del subfluvial no son convencionales, ya que el túnel se ejecutará entre dos

pozos. El ataque se realizará desde el lado Santoña, en la parte más profunda del pozo de bombeo del

subfluvial, que se encuentra excavado y revestido. En el lado Laredo no hay emboquille como tal, sino

que la máquina tuneladora deberá salir al pozo PR-1, que también se encuentra actualmente

ejecutado.

En el pozo de ataque se han previsto las siguientes medidas previas al comienzo de la excavación:

- Tratamiento del terreno mediante inyecciones de impermeabilización. Se ha previsto el

tratamiento de toda la anchura del frente de ataque hasta una altura de 4 m sobre la clave del

túnel, así como un tramo de 3 m en cada uno de los laterales del pozo. La longitud de

tratamiento prevista es de 4 m.

- Ejecución de un paraguas de micropilotes de 12 m de longitud, con una armadura tubular de

101x9 mm, en perforaciones de 150 mm, con separación de 50 cm entre ejes, tal como se

indica en el documento de planos.

- Demolición del revestimiento del pozo en la zona de ataque e instalación del anillo de

estanqueidad.

- Comienzo de la excavación del túnel con la TBM

En el pozo de llegada se han proyectado las siguientes actuaciones:

- Ejecución de un recinto adyacente al pozo de 6 m de ancho por 12,5 de largo mediante

pantallas de mortero hasta la cota –29,9 m.

- Refuerzo de la zona de unión entre la pantalla de mortero y el pozo mediante columnas de Jet-

grouting secantes. Tapón de Jet en la zona de llegada de la TBM, tal como se ha reflejado en

Planos.

- Ejecución del túnel con punto de parada al alcanzar el tapón de Jet-grouting.

- Drenaje controlado del recinto de llegada mediante una o varias perforaciones a cota de

rasante del túnel y achique del agua desde el pozo.

- Demolición del revestimiento del pozo.



- Avance de la TBM y entrada en el pozo de llegada, hasta completar el túnel.

- Desmontaje y extracción de la TBM, labores de remate del revestimiento e inyecciones de

impermeabilización en la unión pozo-túnel si es necesario.



7. AUSCULTACIÓN

Este apartado tiene por objeto servir de base para que el contratista desarrolle su Plan de

Instrumentación y Auscultación, adaptado a la construcción de la obra y cuyo alcance y contenido

deberá someter a la aprobación de la Dirección de Obra. Su finalidad será controlar los movimientos de

los túneles así como el comportamiento de los terrenos anejos, presiones de agua, etc. durante las

fases de construcción y poder asegurar su adecuación a las hipótesis y modelos de cálculo adoptados

durante los trabajos de diseño.

Para cumplir tales objetivos se instalarán los instrumentos y sistemas de auscultación, que en cada

momento informen de las reacciones con que el terreno, los sostenimientos y los revestimientos

responden a las distintas operaciones que se lleven a cabo.

La comparación de los valores previstos en la fase de proyecto con los obtenidos en la Auscultación

permite calibrar el diseño o adoptar las medidas correctoras oportunas.

Si durante la marcha de la obra apareciesen anomalías o resultados no previsibles, que requiriesen de

una interpretación, será necesario que previamente a la implantación de una Instrumentación y a la

obtención de resultados propios de la Auscultación, se redacte el procedimiento correspondiente que

deberá someterse a la aprobación de la Dirección de Obra.

Los sistemas han de ser planeados con el mayor cuidado, y como condiciones esenciales, han de

hacerse en íntima relación con las personas que lleven a cabo el proyecto, y ha de existir una

organización que permita la interpretación clara y rápida, estableciendo una cadena de transmisión de

las informaciones a los centros de decisión, con atribución clara de las responsabilidades de cada uno,

de forma que no haya dudas ni dilaciones a la hora de tomar medidas correctoras.

Respecto a los equipos a utilizar, el contratista presentará en su Plan de Instrumentación y

Auscultación las marcas de los equipos a instalar, el tipo y las características técnicas completas,

fundamentalmente las específicas de rangos, precisión, limitaciones, accesorios, etc.

Estos equipos deberán cumplir los métodos de control de la conformidad y los sistemas de certificación

de conformidad contemplada en el Anexo III del Real Decreto 1630/1992 de Diciembre B.O.E. de 9 de

Febrero de 1993, en donde se citan las disposiciones para libre circulación de productos de

construcción, en aplicación de la Directiva 89/106/CEE.



7.1. Medidas necesarias

Esencialmente en Ingeniería se miden fuerzas y deformaciones y esto es lo que se realizará en este

túnel. No se excluye, sin embargo, que durante las fases de ejecución más avanzadas de las obras se

realicen algunas comprobaciones de resistencia, particularmente del terreno, ya que éste puede sufrir

una descompresión, saturación u otros fenómenos que alteren sus condiciones.

Las medidas que se efectuarán pertenecen a los grupos siguientes:

- Deformaciones

- Fuerzas y presiones

7.1.1. Deformaciones

Aún cuando en la fase de proyecto las fuerzas se hayan considerado de forma primordial, a la hora de

efectuar el control con finalidades de seguridad, son las deformaciones las que deben medirse con

mayor profusión y cuidado.

7.1.1.1. Convergencia en túnel

Se ha previsto el control de corrimientos, convergencias y ovalizaciones mediante clavos para medida

con cinta de convergencia.

Como la deformación se produce en todo el perímetro de la excavación, las medidas entre los puntos

del perímetro del túnel dan desplazamientos relativos, por lo que hay que referir dichos

desplazamientos a puntos fijos exteriores para convertirlos en deformaciones absolutas.

En todas las secciones tipo se realizarán medidas topográficas de precisión de asientos absolutos en la

clave y solera del túnel, mediante nivelación de precisión.

7.1.1.2. Programa de mediciones

Se estima conveniente establecer un programa de mediciones a realizar, adecuándolo al ritmo de

construcción de la obra, empezando a tomar lecturas en aquellas unidades que estén terminadas y en

las que se pueda iniciar la Auscultación. A medida que se vayan acabando otras unidades nuevas, se

irán incorporando al control de Auscultación, teniendo presente que dentro de la misma sección se

controlarán lo más simultáneamente posible los diferentes equipos que la integran.

Las secciones con pernos de medida de convergencia se instalarán a distancias no superiores a 40 m,

o cuando se trate de zonas singulares. Se efectuarán las siguientes lecturas:



- Una lectura cada 2 días durante las dos primeras semanas.

- Una lectura cada 4 días durante la tercera y cuarta semana continuando hasta que las lecturas

se estabilicen.

- Una lectura mensual hasta que las deformaciones se estabilicen.

Cuando se coloquen clavos en la clave del túnel y en la solera de las secciones tipo instrumentadas, se

tomarán las cotas absolutas de precisión con la siguiente frecuencia:

- Una lectura en días alternos durante la primera semana.

- Una lectura semanal continuando hasta que las lecturas se estabilicen.

7.1.2. Fuerzas y presiones

7.1.2.1. Instrumentación

Distinguiremos entre presiones totales, radiales o tangenciales y entre tensiones internas, sobre los

sostenimientos.

Se dispondrán células de presión total en orden a conseguir:

- Un mejor conocimiento del comportamiento tensodeformacional de los terrenos en el entorno

del túnel.

- Una mayor seguridad en los trabajos de excavación y revestimiento.

- Detección de las posibles tendencias de expansividad de determinados materiales. - Determinación más exacta de la presión sobre el revestimiento.

Es indudable que estas nuevas medidas proporcionarán un conocimiento mucho más completo del

comportamiento del terreno ante la excavación.

Se utilizarán células de cuerda vibrante, cuya ventaja consiste en que han demostrado tener fiabilidad a

largo plazo. Por otra parte, las células de cuerda vibrante son menos rígidas, midiendo deformaciones

prácticamente nulas.

Por otra parte, se instalarán en cada sección 8 extensímetros de cuerda vibrante para control y medida

de las tensiones de trabajo en armaduras del revestimiento.

Todos estos dispositivos deberán montarse en la planta de prefabricado, con anterioridad a su puesta

en obra.



7.1.2.2. Programa de mediciones

Se tomará una lectura semanal de las células de presión total y de los extensímetros desde su

instalación hasta que las lecturas se estabilizan. Posteriormente la frecuencia de lectura será mensual.

7.2. Equipos de medida

En cada uno de los túneles se instrumentarán 4 secciones por kilómetro a lo largo del trazado cuya

situación de detalle se definirá en obra y constarán de las siguientes unidades:

· Se instrumentará cada sección con 4 células de presión total de cuerda vibrante para medida y

control de las presiones totales sobre el sostenimiento.

· Se instalarán en cada sección 8 extensímetros de cuerda vibrante para control y medida de las

tensiones de trabajo en armaduras del revestimiento.

· Se instalarán secciones de convergencia cada 40 metros aproximadamente, debiendo coincidir

una con cada sección instrumentada, y en cada una de ellas se colocarán diferentes pernos

distribuidos de acuerdo con los planos.

· En cada sección tipo se realizará una nivelación topográfica absoluta de la clave y la solera del

túnel.

7.3. Supervisión geotécnica

Durante la fase de excavación del túnel se llevará un registro geotécnico de las características del

frente, terreno excavado, etc. Toda esta información se representará también en un perfil geotécnico

longitudinal.

7.4. Informe y análisis de los resultados

A partir de la información obtenida, se emitirán dos tipos de informes: uno de acción inmediata para

validar la continuidad de la excavación el lunes de cada semana y otro más desarrollado a más largo

plazo con el que se irá desglosando un banco de datos geológico-geotécnico en el que se recoja la

siguiente documentación:

- Naturaleza y tipos litológicos de los terrenos atravesados por la traza, definiendo localización y

características de especial significación en las zonas excavadas.



- Alterabilidad de los tipos litológicos y posible agresividad del agua, si la hubiera.

- Sectorización geotécnica del trazado y puntos singulares.

- Tramificación del túnel definiendo los tipos y procesos de excavación y tratamientos especiales

en puntos singulares.

El informe semanal recogerá los resultados obtenidos de la instrumentación, indicando la fase

constructiva en que se encontraba la obra cuando se obtuvieron los resultados.

En dicho informe se incluirá un análisis de los resultados obtenidos por comparación con los valores

esperados.

El segundo informe será de periodicidad mensual y recogerá los resultados de los informes semanales,

representando en gráficos la evolución de las medidas referidas al origen de todos los equipos de

auscultación, con indicación de momentos particulares de obra, incluyendo entre otros, plano de planta

de la instrumentación instalada y croquis acotado de la sección con indicación de los instrumentos.

Deberá incluir, asimismo, una comparación de las medidas obtenidas con las previstas, con

justificación de su admisibilidad o inadmisibilidad.

Finalmente se incluirán propuestas de las medidas a adoptar incluso procedimiento a seguir

dependiendo del grado de alarma.

Este Informe Mensual debe ser remitido a la Dirección de Obra dentro de los 7 primeros días del mes

siguiente al que corresponda el Informe.

Cada vez que surja algún imprevisto, se comunicará inmediatamente a la Dirección de Obra y se

pondrá en marcha el procedimiento respectivo. Un tercer tipo de Informe se editará en este caso y se

remitirá a la Dirección Obra en un plazo no mayor de 24 horas.

Los tres tipos de Informes, deberán estar firmados por el Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos,

responsable del Equipo y Desarrollo del Plan de Instrumentación y Auscultación.

7.5. Equipo de auscultación



En la colocación de los primeros equipos de lectura se contará con la asistencia técnica del personal de

las firmas suministradoras de los diferentes equipos, que será de probada experiencia en este tipo de

trabajos, y que estará sometida antes de su contratación a la aprobación por parte de la Dirección de

Obra.

El equipo que se encargará de realizar las mediciones y el análisis de los mismos estará formado como

mínimo por un Especialista Geólogo y un Ingeniero Técnico Topógrafo, con dedicación completa y

exclusiva a la obra.

Existirá además un Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos, especialista en geotecnia y responsable

del equipo y desarrollo del Plan de Instrumentación y Auscultación. De él dependerá la redacción de los

informes semanales y mensuales, la introducción y modificación en el Puesto Central de Automatismo

de las alarmas que se requieran, de la decisión de poner en marcha los diferentes procedimientos

escritos y el cumplimiento y vigilancia de todo lo que se indica en el Plan de Instrumentación y

Auscultación. Estará auxiliado por un asesor geotécnico.

Santander, Julio de 2.010

POR LA CONFEDERACIÓN HIDROGRÁFICA DEL CANTABRICO

El Ingeniero Autor del Proyecto

Fdo.: Antonio J. Roldán Cartiel



PLANOS



APÉNDICE 1. CÁLCULO DEL REVESTIMIENTO



CÁLCULO Nº1. P.K. 0+020

Modelo de cálculo



Tensiones verticales (kPa) y plastificación

Tensiones horizontales (kPa)



Movimientos verticales (m) y vector desplazamiento

Movimientos horizontales (m)



Desplazamiento vertical en clave (m)

Desplazamiento vertical en solera (m)



Desplazamiento horizontal en hastial (m)

Esfuerzo axil (kN/m)



Momento flector (kN·m/m)

Esfuerzo cortante (kN/m)




Modelo de cálculo



APÉNDICE 2. CÁLCULO DE DOVELAS

anejo nº 13. diseÑo de tÚneles

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