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ESTUDIOS INFORMATIVOS PARA EL DESARROLLO DE LA RED DE ALTA VELOCIDAD EN ASTURIAS. TRAMO POLA DE LENA-OVIEDO
ANEJO 10. TNELES
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ANEJO 10. TNELES
ESTUDIOS INFORMATIVOS PARA EL DESARROLLO DE LA RED DE ALTA VELOCIDAD EN ASTURIAS. TRAMO POLA DE LENA-OVIEDO NDICE
NDICE
1. INTRODUCCIN ....................................................................................................... 1
2. DESCRIPCIN GEOMTRICA DE LAS ALTERNATIVAS ....................................... 1
3. CONDICIONES DEL TERRENO ............................................................................... 5
3.1. Descripcin GeolgicoGeotcnica de los materiales ................................... 5
3.2. Condiciones hidrogeolgicas generales ......................................................... 6
3.3. Labores mineras ............................................................................................. 7
3.4. Riesgos potenciales del terreno ................................................................... 10
4. GEOMETRA DE LOS TNELES ............................................................................ 11
4.1. Normativa Aplicable ..................................................................................... 11
4.2. Tipologa de tneles ..................................................................................... 11
4.3. Secciones tipo .............................................................................................. 14
5. DISEO DE TNELES ............................................................................................ 18
5.1. Introduccin .................................................................................................. 18
5.2. Excavacin mediante Mtodos Convencionales .......................................... 20
5.2.1. Proceso de excavacin ................................................................................ 20
5.2.2. Sostenimientos provisionales ....................................................................... 21
5.2.3. Revestimiento definitivo................................................................................ 23
5.2.4. Sistema de impermeabilizacin y drenaje .................................................... 25
5.2.5. Auscultacin interior ..................................................................................... 26
5.2.6. Auscultacin exterior - Control de voladuras ................................................ 27
5.2.7. Tratamientos especiales............................................................................... 32
5.3. Excavacin mediante Tuneladora ................................................................ 36
5.3.1. Introduccin .................................................................................................. 36
5.3.2. Eleccin del tipo de tuneladora .................................................................... 37
5.3.3. Riesgos asociados al uso de la TBM ........................................................... 39
5.3.4. Squeezing o Fluencia en roca .................................................................... 40
5.3.5. Caractersticas del revestimiento ................................................................. 42
5.3.6. Sistema de impermeabilizacin y drenaje .................................................... 43
5.3.7. Auscultacin interior de los tneles .............................................................. 44
5.3.8. Tratamientos especiales ............................................................................... 45
5.3.9. Instalaciones exteriores para los tneles ejecutados mediante TBM ........... 45
6. DISEO DE EMBOQUILLES ................................................................................... 47
6.1. Introduccin .................................................................................................. 47
6.2. Diseo del talud frontal de emboquille .......................................................... 47
6.3. Diseo de falsos tneles ............................................................................... 48
6.4. Diseo de sostenimientos de emboquille ...................................................... 48
7. DISEO DE GALERAS ........................................................................................... 49
7.1. Normativa aplicable y criterios de diseo ...................................................... 49
7.2. Distribucin de rutas de evacuacin ............................................................. 53
7.3. Secciones tipo .............................................................................................. 55
7.4. Mtodo constructivo y diseo de sostenimientos .......................................... 56
7.5. Revestimiento definitivo ................................................................................ 57
7.6. Impermeabilizacin y drenaje ....................................................................... 58
7.7. Falsos tneles ............................................................................................... 58
8. ACTUACIONES PROPUESTAS .............................................................................. 59
8.1. Introduccin .................................................................................................. 59
8.2. Tramificacin de tneles y actuaciones propuestas ..................................... 59
8.3. Tratamientos especiales y actuaciones singulares ....................................... 72
9. ANLISIS TCNICO-ECONMICO DE ALTERNATIVAS ....................................... 75
9.1. Introduccin .................................................................................................. 75
9.2. Tipologa de tneles y sntesis de tratamientos especiales .......................... 75
9.3. Anlisis de viabilidad tcnico-econmica ...................................................... 78
APNDICE 1. ANLISIS TCNICO-ECONMICO DE LA TIPOLOGA DE LOS
TNELES
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ANEJO 10. TNELES
ESTUDIOS INFORMATIVOS PARA EL DESARROLLO DE LA RED DE ALTA VELOCIDAD EN ASTURIAS. TRAMO POLA DE LENA-OVIEDO PGINA 1
1. INTRODUCCIN
El presente anejo forma parte de los Estudios Informativos para el desarrollo de la Red
de alta velocidad en Asturias. Tramo Pola de Lena-Oviedo. El objeto especfico de este
texto es analizar las distintas alternativas consideradas como viables en cuanto a los
tneles se refiere, con el fin de poder seleccionar la mejor de ellas a efectos de obras
subterrneas.
Este estudio se realizar en base al exhaustivo conocimiento geolgico-geotcnico de
los materiales que conforman el sustrato del trazado, pues el grado de precisin del
anlisis de los tneles es directamente proporcional al conocimiento del medio en el
que se excavan.
La tipologa de los tneles que componen el trazado del tramo de Alta Velocidad
Ferroviaria Pola de Lena-Oviedo, se eligi en base a los siguientes aspectos clave:
costes y plazos constructivos, funcionalidad de la va, tipologa y distribucin de las
salidas de emergencia, viabilidad constructiva de los tneles y logstica durante la
construccin. En el Apndice N 1: Anlisis tcnico-econmico de la tipologa de los
tneles para el desarrollo del tramo: Pola de Lena-Oviedo, de la Red de Alta Velocidad
en Asturias, se incluye un completo estudio en el que se analizan todos estos
aspectos, tratando de optimizar al mximo el diseo mediante la eleccin de las
tipologas de tneles ms adecuadas.
2. DESCRIPCIN GEOMTRICA DE LAS ALTERNATIVAS
Actualmente se contemplan cuatro (4) alternativas de trazado para la red de alta
velocidad en Asturias, tramo Polo de Lena-Oviedo, las cuales se componen de los
siguientes tramos y elementos constructivos:
ALTERNATIVA 1
TNEL TUBO P.K INI P.K FIN L (m) Comentarios
FT-1 0+685 0+715 30 Falso tnel monotubo de va doble
T-1 Izdo 0+715 1+820 1.105 Tnel monotubo de va doble en su
inicio (boca Sur), que pasa a bitubo de va nica Dcho 0+715 1+820 1.105
FT-1 Izdo 1+820 1+850 30
Falso tnel bitubo de va nica Dcho 1+820 1+850 30
PASO MUN FONDERO 1+850 1+990 140
FT-2 Izdo 1+990 2+020 30
Falso tnel bitubo de va nica Dcho 1+990 2+020 30
T-2 Izdo 2+020 13+390 11.370
Tnel bitubo de va nica Dcho 2+020 13+408 11.388
FT-2 Izdo 13+390
13+410 20
Falso tnel bitubo de va nica Dcho 13+408 13+433 25
PASO RIO RIOSA 13+433 13+543 110
FT-3 Izdo 13+514 13+544 30
Falso tnel bitubo de va nica Dcho 13+543 13+573 30
T-3 Izdo 13+544 14+574 1.030
Tnel bitubo de va nica Dcho 13+573 14+574 1.001
FT-3 Izdo 14+574 14+604 30
Falso tnel bitubo de va nica Dcho 14+574 14+604 30
PASO RIO CAUDAL 14+604 14+790 186
FT-4 Izdo 14+790 14+820 30
Falso tnel bitubo de va nica Dcho 14+790 14+820 30
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ANEJO 10. TNELES
ESTUDIOS INFORMATIVOS PARA EL DESARROLLO DE LA RED DE ALTA VELOCIDAD EN ASTURIAS. TRAMO POLA DE LENA-OVIEDO PGINA 2
ALTERNATIVA 1
TNEL TUBO P.K INI P.K FIN L (m) Comentarios
T-4 Izdo 14+820 17+284 2.464 Tnel bitubo de va nica. Los tubos
se separan al acercarse a la boca Norte Dcho 14+820 17+122 2.302
FT-4 Izdo 17+284 17+314 30
Falso tnel bitubo de va nica Dcho 17+122 17+152 30
PASO RIO NALN 17+152 17+526 374
ESTRUCTURA DE PASO BAJO AUTOVA 17+525 17+561 36
(*) No se ejecuta falso tnel. Se pasa mediante cajn cerrado de
seccin rectangular (Ver Anejo de Estructuras)
T-5 - 17+561 18+250 689 Tnel monotubo de va nica
FT-5 - 18+250 18+280 30 Falso tnel monotubo de va nica
TRAMO A CIELO ABIERTO 18+280 18+606 326
FT-6 - 18+606 18+636 30 Falso tnel monotubo de va nica
T-6 - 18+636 18+915 279 Tnel monotubo de va nica
FT-6 - 18+915 18+945 30 Falso tnel monotubo de va nica
Tabla 2.1.- Alternativa 1. Descripcin de tramos
ALTERNATIVA 2
TNEL TUBO P.K INI P.K FIN L (m) Comentarios
FT-1 - 0+685 0+715 30 Falso tnel monotubo de va doble
T-1 Izdo 0+715 1+820 1.105 Tnel monotubo de va doble en su
inicio (boca Sur), que pasa a bitubo de va nica Dcho 0+715 1+820 1.105
FT-1 Izdo 1+820 1+850 30
Falso tnel bitubo de va nica Dcho 1+820 1+850 30
PASO MUN FONDERO 1+850 1+990 140
FT-2 Izdo 1+990 2+020 30
Falso tnel bitubo de va nica Dcho 1+990 2+020 30
T-2 Izdo 2+020 13+554 11.534
Tnel bitubo de va nica Dcho 2+020 13+554 11.534
FT-2 Izdo 13+554 13+584 30
Falso tnel bitubo de va nica Dcho 13+554 13+584 30
PASO RIO CAUDAL 13+584 13+754 170
FT-3 Izdo 13+776 13+806 30
Falso tnel bitubo de va nica Dcho 13+754 13+784 30
T-3 Izdo 13+806 16+408 2.602
Tnel bitubo de va nica Dcho 13+784 16+408 2.624
FT-3 Izdo 16+408 16+438 30
Falso tnel bitubo de va nica Dcho 16+408 16+438 30
Tabla 2.2.- Alternativa 2. Descripcin de tramos
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ANEJO 10. TNELES
ESTUDIOS INFORMATIVOS PARA EL DESARROLLO DE LA RED DE ALTA VELOCIDAD EN ASTURIAS. TRAMO POLA DE LENA-OVIEDO PGINA 3
ALTERNATIVA 3
TNEL TUBO P.K INI P.K FIN L (m) Comentarios
FT-1 - 0+685 0+715 30 Falso tnel monotubo de va doble
T-1 Izdo 0+715 1+820 1.105 Tnel monotubo de va doble en su
inicio (boca Sur), que pasa a bitubo de va nica Dcho 0+715 1+820 1.105
FT-1 Izdo 1+820 1+850 30
Falso tnel bitubo de va nica Dcho 1+820 1+850 30
PASO MUN FONDERO 1+850 1+990 140
FT-2 Izdo 1+990 2+020 30
Falso tnel bitubo de va nica Dcho 1+990 2+020 30
T-2 Izdo 2+020 13+410 11.390
Tnel bitubo de va nica Dcho 2+020 13+410 11.390
FT-2 Izdo 13+410 13+440 30
Falso tnel bitubo de va nica Dcho 13+410 13+440 30
PASO RIO CAUDAL 13+440 13+690 250
FT-3 Izdo 13+690 13+720 30
Falso tnel bitubo de va nica Dcho 13+690 13+720 30
T-3 Izdo 13+720 16+395 2.675
Tnel bitubo de va nica Dcho 13+720 16+395 2.675
FT-3 Izdo 16+395 16+425 30
Falso tnel bitubo de va nica Dcho 16+395 16+425 30
PASO RIO NALN 16+425 16+810 385
FT-4 - 16+810 16+840 30 Falso tnel monotubo de va doble
T-4 - 16+840 17+290 450 Tnel monotubo de va doble
FT-4 - 17+290 17+320 30 Falso tnel monotubo de va doble
TRAMO A CIELO ABIERTO 17+320 17+810 490
FT-5 - 17+810 17+840 30 Falso tnel monotubo de va doble
T-5 - 17+840 18+530 690 Tnel monotubo de va doble
FT-5 - 18+530 18+560 30 Falso tnel monotubo de va doble
ALTERNATIVA 3
TNEL TUBO P.K INI P.K FIN L (m) Comentarios
TRAMO A CIELO ABIERTO 18+560 18+842 282
FT-6 - 18+842 18+872 30 Falso tnel monotubo de va doble
T-6 - 18+872 19+720 848 Tnel monotubo de va doble
FT-6 - 19+720 19+740 20 Falso tnel monotubo de va doble
Tabla 2.3.- Alternativa 3. Descripcin de tramos
La alternativa 4 se define para trfico mixto de viajeros y mercancas, pues permite la
posibilidad de conexin con la red de mercancas en servicio.
ALTERNATIVA 4
TNEL TUBO P.K INI P.K FIN L (m) Comentarios
FT-1 - 0+685 0+715 30 Falso tnel monotubo de va doble
T-1 Izdo 0+715 1+462 747 Tnel monotubo de va doble en su
inicio (boca Sur), que pasa a bitubo de va nica Dcho 0+715 1+462 747
FT-1 Izdo 1+462 1+492 30
Falso tnel bitubo de va nica Dcho 1+462 1+492 30
PASO MUN FONDERO 1+492 1+745 253
FT-2 Izdo 1+745 1+775 30
Falso tnel bitubo de va nica Dcho 1+745 1+775 30
T-2 Izdo 1+775 13+260 11.485
Tnel bitubo de va nica Dcho 1+775 13+260 11.485
FT-2 Izdo 13+260 13+290 30
Falso tnel bitubo de va nica Dcho 13+260 13+290 30
PASO RIO CAUDAL 13+290 13+670 380
FT-3 Izdo 13+670 13+700 30
Falso tnel bitubo de va nica Dcho 13+670 13+700 30
T-3 Izdo 13+700 15+980 2.280
Tnel bitubo de va nica Dcho 13700 15+980 2.280
FT-3 Izdo 15+980 16+010 30 Falso tnel bitubo de va nica
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ANEJO 10. TNELES
ESTUDIOS INFORMATIVOS PARA EL DESARROLLO DE LA RED DE ALTA VELOCIDAD EN ASTURIAS. TRAMO POLA DE LENA-OVIEDO PGINA 4
ALTERNATIVA 4
TNEL TUBO P.K INI P.K FIN L (m) Comentarios
Dcho 15+980 16+010 30
Tabla 2.4.- Alternativa 4. Descripcin de tramos
La tabla siguiente resume la longitud de tnel asociada a cada una de las cuatro (4)
alternativas de trazado que componen la conexin ferroviaria Pola de Lena-Oviedo:
TABLA RESUMEN
TNEL T-1 TNEL T-2 TNEL T-3 TNEL T-4 TNEL T-5 TNEL T-6
Tipologa
MONOTUBO (Va doble)
a
BITUBO (Va nica)
BITUBO
(Va nica)
BITUBO
(Va nica) - MONOTUBO
Izdo Dcho Izdo Dcho Izdo Dcho -
Alternativa Longitud (m)
1 1.105 1.105 11.370 11.388 1.030 1.001
2.464 2.302
689
(Va nica)
279
(Va nica)
Izdo Dcho
BITUBO
(Va nica)
2 1.105 1.105 11.534 11.534 2.602 2.624 - - -
3 1.105 1.105 11.390 11.390 2.675 2.675
450 690
(Va Doble)
848
(Va Doble) MONOTUBO
(Va Doble)
4 747 747 11.485 11.485 2.280 2.280 - - -
Tabla 2.5.- Tabla resumen de alternativas de trazado
Las longitudes totales de tnel se incluyen en la tabla siguiente:
Alternativa Long. tnel va doble (m) Long. tnel
va nica (m) Long. falso
tnel va doble (m)
Long. falso tnel va nica (m)
Longitud Caverna (m)
1 - 31.863 30 505
435 2 - 29.634 30 300
3 1.988 29.470 200 300
4 - 28.254 30 300 385
Tabla 2.6.- Longitudes de tnel y falso tnel asociadas a cada alternativa de trazado
Debemos indicar que el paso de tnel monotubo a tnel bitubo, como posteriormente
veremos, se realizar mediante un estructura tipo pantaln, que posibilita la
bifurcacin de las vas en profundidad. Dicha estructura permite el paso de un entreeje
de 4,30 m a 30,0 m, a travs de la ejecucin de una caverna de grandes dimensiones.
La longitud del elemento viene condicionada tanto por las velocidades de proyecto,
como por el trazado en planta del tramo en cuestin. En el caso del Tnel T-1, al cual
se asignan velocidades de proyecto de 200 km/h, se definen unas longitudes de
pantaln para las alternativas de trazado 1, 2 y 3, de aproximadamente 785 m, de los
cuales 435 m corresponden a la zona de caverna; para la alternativa 4, la longitud total
del pantaln ser de 635 m, de los cuales 385 m corresponden a la zona de caverna.
En la boca de entrada y salida de cada tnel se ejecutar un falso tnel convencional, a
modo de estructura abovedada de hormign armado (HA-30), para permitir as la
correcta transicin entre tramos de tnel en mina y tramos a cielo abierto. La longitud
del falso tnel ser de 20 m para el tramo cubierto y 10 m ms, para el pico de flauta.
Estos falsos tneles se recubren posteriormente mediante un relleno de tierras
superior, para evitar daos estructurales por posibles cadas de bloques. Este relleno
se materializar mediante suelos seleccionados, con una altura de 10 m sobre la clave
del tnel, compactado al 95% del P.M. Al talud frontal de tierras se le dotar de una
pendiente de 3H:2V.
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ANEJO 10. TNELES
ESTUDIOS INFORMATIVOS PARA EL DESARROLLO DE LA RED DE ALTA VELOCIDAD EN ASTURIAS. TRAMO POLA DE LENA-OVIEDO PGINA 5
3. CONDICIONES DEL TERRENO
3.1. Descripcin GeolgicoGeotcnica de los materiales
En el anejo 4. Geologa y Geotecnia, se incluye una descripcin detallada de los
materiales que componen el sustrato rocoso atravesado por el conjunto de tneles que
integran cada alternativa.
La zona estudiada tiene su inicio dentro de la Cuenca Carbonfera Central (en Pola de
Lena) para continuar hacia el norte pasando a la Unidad del Aramo y posteriormente,
pocos kilmetros al Sur de la ciudad de Oviedo, entrar dentro de la Cobertera
Mesozoico-Terciaria donde se desarrollar la mayor parte del trazado restante.
Uno de los accidentes ms relevantes por su relacin con la actividad ssmica, que se
encuentran dentro del rea de estudio, es la Falla de Ventaniella (junto con sus
estructuras asociadas). Se trata de una falla de gran longitud (del orden de 600 km),
que es fundamentalmente de desgarre, con cierta componente normal. Se han
detectado en esas zonas ms de 50 eventos ssmicos a lo largo de ms de dos aos.
Sin embargo, hay que destacar que el rea de estudio se encuentra en una zona de
relativamente baja concentracin de sesmos de este accidente tectnico.
A continuacin se describen las caractersticas de cada una de estas unidades
geolgicas (UG) por orden cronoestratigrfico, de ms antiguo a ms moderno:
- D2 (Devnico Inferior): Incluye las formaciones del Grupo o Complejo Raeces.
El Grupo Raeces incluye la Formacin Nieva (calizas, dolomas y pizarras),
Formacin Baugues (dolomas y pizarras), Formacin La Ladrona (calizas
arcillosas y encrinitas y pizarras) y la Formacin Aguin (calizas encrinticas
rojas y pizarras) muy caracterstica de la parte alta del Grupo.
- D3 (Devnico Inferior): Se corresponde con la formacin Moniello. La formacin
Moniello est constituida por unos 250 m de calizas y calizas arcillosas, que
presenta delgados lechos pizarrosos; en conjunto ofrece un comportamiento
ms compacto y resistente que el Complejo Raeces, por lo que da lugar a
relieves ms pronunciados.
- D4 (Devnico Medio): Areniscas ferruginosas y pizarras, con intercalaciones
dbiles de calizas arenosas y dolomas (Fm. Naranco).
- CB2 (Carbonfero Superior, Naumuriense): Calizas de la Formacin Barcaliente
y Valdeteja (Caliza de Montaa). Fm. Barcaliente: Calizas micrticas grises
oscuras a negras, finamente estratificadas y frecuentemente laminadas / Fm.
Valdeteja: Calizas claras y masivas.
- CB3 (Carbonfero Superior, Westfaliense A, B y C): Improductivo de Riosa
(Grupo de Lena). Entre las litologas que presenta se encuentran areniscas,
limolitas, lutitas, margas, calizas y capas de carbn de menor en la parte alta del
grupo, que han sido objeto de explotacin espordica.
- CB4 (Carbonfero Superior, Westfaliense D Inferior): Pizarras, areniscas y
calizas de la formacin Canales. Hacia la parte alta de la formacin se observan
algunos niveles de conglomerados silceos. Capas de carbn abundantes
- CB5 (Carbonfero Superior, Westfaliense D Medio): Conglomerados silceos de
la Formacin Mieres (Pudingas).
- CB6 (Carbonfero Superior, Westfaliense D Superior): Pizarras, areniscas y
conglomerados de la Formacin Esperanza, entre los que se intercalan varias
capas de carbn
Los materiales del Carbonfero presentan un RQD bajo de un 30% salvo en los
paquetes calizos, que presenta una media en torno al 70%. El grado de meteorizacin
en media es II y el RMR de 40.
Los materiales del Devnico presentan un RQD de un 80%. El grado de meteorizacin
en media ser de I-II y el RMR de 60.
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ANEJO 10. TNELES
ESTUDIOS INFORMATIVOS PARA EL DESARROLLO DE LA RED DE ALTA VELOCIDAD EN ASTURIAS. TRAMO POLA DE LENA-OVIEDO PGINA 6
En algunos casos se atraviesan zonas de falla, cabalgamientos y zonas afectadas por
antiguas labores mineras en las que los materiales se encuentran ampliamente
fracturados, cuyas psimas propiedades obligan al uso de sostenimientos pesados,
elementos de presostenimiento y tal vez, tratamientos de mejora del terreno, como
pudieran ser inyecciones, como posteriormente se indicar.
La tabla siguiente agrupa y describe los materiales en base al grado de meteorizacin
alcanzado:
Grado Denominacin % de alteracin Descripcin
Ia
Roca sana -
Sin signos visibles de alteracin en la roca matriz
Ib Dbil decoloracin en las discontinuidades principales
II Ligeramente alterada < 10 % Con decoloracin general, indicando la alteracin de la roca matriz y discontinuidades
III Moderadamente alterada 10- 50 %
Menos de la mitad de la roca est descompuesta, pueden presentarse zonas de roca sana y
decolorada, bien formando un marco continuo o bien como bloques o ncleos sanos
IV Altamente alterada 50- 90 %
Ms de la mitad de la roca est descompuesta, pueden presentarse zonas de roca sana y
decolorada, bien formando un marco continuo o bien como bloques o ncleos sanos
V Completamente alterada > 90 % Toda la roca est descompuesta pero la estructura del macizo est todava fundamentalmente intacta
VI Suelo residual 100 % Todo el material rocoso se ha convertido en suelo, se ha destruido la estructura del macizo
Tabla 3.1.1.- Evaluacin del grado de meteorizacin del macizo rocoso (ISRM, 1981)
La tramificacin geolgico-geotcnica del trazado de los tneles que componen cada
alternativa, as como los puntos de paso a travs de zonas de falla y dems zonas con
geologas complejas (materiales de alteracin, contactos discordantes entre litologas,
etc.) que impliquen algn tipo de medida especial de sostenimiento, se describen en
posteriores apartados.
3.2. Condiciones hidrogeolgicas generales
En el Anejo 4. Geologa y Geotecnia, se incluye una descripcin detallada de las
condiciones hidrogeolgicas generales de la zona objeto de estudio. Se hace especial
nfasis en la posible repercusin que podran tener los trabajos de construccin de los
tneles en los sistemas acuferos y aprovechamientos de agua subterrnea de los
trminos municipales atravesados, as como la posible incidencia de estos acuferos en
la ejecucin de los tneles.
A continuacin se define cada uno de los posibles acuferos interceptados:
- Acufero Cuaternario: Aluviones, terrazas y coluviones del cuaternario.
Permeabilidad variable por porosidad intergranular.
- Acufero Inferior del Cretcico: Arenas con permeabilidad alta por porosidad
intergranular con intercalaciones lenticulares de niveles carbonatados con
permeabilidad secundaria por fisuracin y/o karstificacin; niveles
incomunicados entre s por horizontes impermeables de arcillas y limos. Se
considera que el acufero inferior del Cretcico, a nivel local, se comporta como
un acufero multicapa de arenas y calizas separadas por niveles de arcillas y
limos con poca continuidad lateral, mientras que a escala de cuenca funciona
como un nico acufero. Constituye en conjunto, un nivel acufero de importancia
regional a ser protegido frente a posibles afecciones.
Desde el punto de vista de la afeccin a los tneles, la nica alternativa de
trazado que podra afectar a este acufero sera la alternativa 3 y en menor
medida la alternativa 1. No obstante, la carga hidrulica sobre el revestimiento
de los tneles afectados no ser importante, pues el nivel fretico medido se
sita a pocos metros sobre cota de rasante (Niveles piezomtricos medidos 191
y 179 m.s.n.m). Podran darse problemas temporales de infiltraciones de agua
hacia el interior de la cavidad durante la fase de excavacin, as como tambin
prdidas de estabilidad del pase de avance y del frente, al paso a travs de
materiales granulares.
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ANEJO 10. TNELES
ESTUDIOS INFORMATIVOS PARA EL DESARROLLO DE LA RED DE ALTA VELOCIDAD EN ASTURIAS. TRAMO POLA DE LENA-OVIEDO PGINA 7
- Acuferos aislados del Carbonfero Superior (Westfaliense) (Asociado a CB3,
CB4, CB5 y CB6): alternancia de lutitas, limolitas y capas de carbn con
permeabilidad baja a nula. Con intercalaciones de calizas y dolomas con
permeabilidad variable por fisuracin y/o karstificacin (intercaladas entre la
serie de lutitas y limolitas) y de areniscas, microconglomerados y conglomerados
silceos (pudingas) con permeabilidad baja por fisuracin. Estos acuferos son
pequeos acuferos multicapa, calcreos y siliciclsticos, de poca entidad. Las
afecciones a los tneles no sern importantes.
- Acufero del Carbonfero Superior (Namuriense) (asociado a la unidad de Caliza
de Montaa CB2): Calizas con permeabilidad media - alta por fisuracin y/o
karstificacin. Por lo general acta como un acufero libre cuyo nivel de descarga
es a nivel de ro, aunque presenta otros sistemas colgados de poca entidad.
- Acufero del Devnico (Asociado a D2 y D3): calizas y dolomas con
permeabilidad variable por fisuracin y/o karstificacin (devnico inferior)
intercaladas entre materiales de baja permeabilidad. A lo largo del trazado se
han encontrado indicios de los dos sistemas acuferos definidos en el Devnico:
el Complejo de Raeces (D2) y la Caliza de Moniello (D3).
El Acufero de la Caliza de Moniello (D3) tiene una potencia inferior a 100 m.
Est representado por calizas micrticas a techo y calizas y margas a muro.
Debido a su escasa potencia, que adems no es continua en toda la zona, es de
esperar que los caudales de esta acufero sean de poca importancia. No parece
que se vea afectado por el trazado de las alternativas.
El Acufero del Complejo de Raeces (D2) tiene una potencia de unos 300 m.
El nico tramo de inters acufero es el superior dolomtico (De entre 80 y 100 m
de potencia), con una permeabilidad por fisuracin y karstificacin variables y
coeficiente de almacenamiento variable, aunque no es de esperar que tenga
valores grandes. Este acufero afecta sobre todo a la alternativa 3, aunque no se
descarta que pueda afectar al resto de alternativas. Podran alcanzarse cargas
de agua de hasta 190 m sobre clave de tnel.
3.3. Labores mineras
A lo largo del corredor en estudio nos encontramos, de sur a norte, con dos
explotaciones mineras que podran verse afectadas por el trazado de los tneles:
- Mina de mercurio La Soterraa (hacia P.K 4+000 para las alternativas 1, 2 y 3)
- Conjunto de la explotacin minera de carbn del Pozo Montsacro y la mina de
montaa Esperanza (hacia el P.K 9+400 para todas las alternativas de trazado).
MINA LA SOTERRAA:
Se trata de una antigua mina de mercurio que empez a explotarse hacia 1844 y que
permanece abandonada desde su cierre en 1974. Sus pozos y galeras constituyen un
enmaraado entramado, no exento de peligrosidad. Esta explotacin llega a los 437
m.s.n.m. aproximadamente, a unos 116 m de distancia de la clave del tnel T-2 (de las
alternativas 1, 2 y 3), mucho ms profundo.
Esta explotacin minera est desarrollada en relacin con las capas de calizas, lutitas,
areniscas e incluso un nivel de carbn de los paquetes Llann y Tedeyn. Por lo tanto y
puesto que las calizas estn fuertemente karstificadas, se podran producir problemas
de infiltraciones de agua desde la mina al tnel a presin elevada. Se desconoce
actualmente el nivel piezomtrico, por lo que sera necesario realizar estudios de
detalle.
POZO MONTSACRO Y MINA ESPERANZA:
Las explotaciones mineras de carbn atravesadas por las distintas alternativas de
trazado son las del pozo Montsacro y la mina de montaa Esperanza, situadas en el
concejo de Morcn. El mbito geolgico en el que se sitan dichas explotaciones
mineras est dentro de la Cuenca Carbonfera Central Asturiana (piso Westfaliense D),
materiales muy replegados y tectonizados, originando estructuras complejas.
Las labores mineras que siguen el trazado de las capas de carbn explotadas, generan
numerosos huecos subterrneos que, debido a la gran continuidad de las capas,
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ANEJO 10. TNELES
ESTUDIOS INFORMATIVOS PARA EL DESARROLLO DE LA RED DE ALTA VELOCIDAD EN ASTURIAS. TRAMO POLA DE LENA-OVIEDO PGINA 8
conectan los diferentes grupos de explotacin entre s. En lneas generales podemos
decir que el intenso laboreo en el conjunto de la explotacin minera ha generado un
enorme hueco subterrneo.
El pozo Montsacro est actualmente en explotacin por la empresa HUNOSA, junto
con el pozo San Nicols, al que est unido hidrulicamente; ambos forman lo que se
conoce como rea Sueros. La unin de ambos pozos se realiza a travs de galeras
principales de explotacin, que sirven de acceso a la capa de carbn, y tambin a
travs de los talleres y rampas realizadas a lo largo de las capas de carbn.
En un corte realizado Este-Oeste en el rea Sueros podra verse como el terreno est
modificado por las labores mineras en toda su extensin (en las galeras principales y
entre ellas, con la explotacin de las capas), excepto en el macizo de proteccin que se
deja entre la primera planta del pozo y la superficie (225 a 275 m.s.n.m). No obstante,
esta zona se encontrara considerablemente fracturada por el laboreo minero de
alrededor.
El diseo en alzado de todas las alternativas de trazado se define basndose en que el
paso de los tneles por las labores mineras se realice a travs del macizo de
proteccin; por tanto, la posibilidad de encontrarse con infraestructuras mineras en ese
caso es baja, aunque s un terreno muy descomprimido y de mala calidad.
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ANEJO 10. TNELES
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Figura 3.3.1.- Esquema de la posible recuperacin del nivel fretico posterior a la inundacin de las labores mineras: (1) nivel piezomtrico con gradiente hidrulico de 10 en el caso del
drenaje por el tnel de Sueros y (2) nivel piezomtrico con gradiente hidrulico de 10 en el caso del taponamiento del tnel de Sueros y drenaje por el brocal del pozo Montsacro. En la
figura anterior se han representado solamente las galeras principales de explotacin que dan acceso a las capas de carbn.
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ANEJO 10. TNELES
ESTUDIOS INFORMATIVOS PARA EL DESARROLLO DE LA RED DE ALTA VELOCIDAD EN ASTURIAS. TRAMO POLA DE LENA-OVIEDO PGINA 10
El nivel piezomtrico est actualmente abatido hasta cotas inferiores de explotacin. El
plan actual de HUNOSA para las explotaciones de la Zona Sueros prev el cierre en el
segundo trimestre del ao 2016, por lo que es probable que a partir de esa fecha
comience el proceso de inundacin de todo el rea. Se desconoce el nivel mximo de
inundacin que la empresa estimar oportuno, aunque lo ms probable es que el nivel
de drenaje sea el del Tnel de Sueros (222 m.s.n.m.), que sera, en caso de
inundacin, el punto de drenaje ms bajo.
Si el drenaje se produce a travs del tnel de Sueros, y teniendo en cuenta que el
macizo rocoso ha perdido en algunas zonas la condicin de baja permeabilidad debido
a las explotaciones mineras, su gradiente hidrulico no sera muy elevado; asumiendo
un gradiente hidrulico del 10, la cota del nivel fretico sobre los tneles que integran
las distintas alternativas de trazado se situara en torno a los 242 m.s.n.m. Esto
ocasionara problemas hidrulicos mnimos en el trazado del tnel que por esta zona se
sita a una cota en torno a los 250 m.s.n.m en la alternativa 1 y 240 m.s.n.m en la
alternativa 4, por lo que la carga hidrulica sera mnima.
Adems de este drenaje por galera existe circulacin hdrica a travs de las capas de
carbn explotadas que se comunican entre s y comunican las diversas galeras tanto
de montaa como de pozo, generando una va de entrada y circulacin de agua, bien
por ellas o por las fisuras ocasionadas en la roca encajante por la actividad minera, que
en muchas ocasiones (como en la mina que nos atae) las capas de carbn se
explotaban hasta superficie, facilitando as la entrada de agua en el subsuelo. Por lo
tanto a nivel de tnel podra haber afeccin debido al drenaje de estas labores de
montaa.
Finalmente, podran existir problemas con el metano presente en las capas de carbn.
Es conocida la abundancia de este gas especialmente en la zona este de las
explotaciones del rea Sueros.
3.4. Riesgos potenciales del terreno
A lo largo del trazado de los tneles existen una serie de riesgos potenciales, los cuales
podran ocasionar, en caso de desarrollarse, importantes procesos de inestabilidad en
el interior del tnel. A continuacin enumeramos los principales riesgos identificados,
los cuales requieren de una serie de tratamientos especiales para posibilitar la
excavacin, como posteriormente se indica:
Riesgos Geolgicos e Hidrogeolgicos
Presencia de fallas y discontinuidades (faulting); presencia de cabalgamientos.
Presencia de niveles arcillosos y suelos de alteracin.
Meteorizacin de la roca.
Elevados niveles de agua por zonas (Posibles filtraciones e irrupciones bruscas
de agua, sobrepresiones, etc.).
Riesgos Geomecnicos
Estabilidad del frente.
Plastificacin intensa (squeezing).
Expansividad (swelling) e hinchamiento.
Sobreexcavaciones (caving).
Reblandecimiento de suelos (softening).
Presencia de grandes cavidades (Antiguas labores mineras, karst, etc.)
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ANEJO 10. TNELES
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4. GEOMETRA DE LOS TNELES
4.1. Normativa Aplicable
Los tneles ferroviarios requieren una atencin especial durante la explotacin, para la
proteccin y seguridad de los viajeros y el personal a bordo. Por ello, se debe actuar
desde fases iniciales, desde el estudio previo hasta la entrada en explotacin del tnel,
ya que ciertas medidas, especialmente de obra civil o equipamiento, pueden ser muy
difciles de aplicar posteriormente si no han sido previstas adecuadamente.
El presente estudio se ajusta a la Especificacin Tcnica de Interoperabilidad Sobre
Seguridad en los Tneles en Los Sistemas Ferroviarios Transeuropeos Convencional y
de Alta Velocidad, aprobada por la Comisin Europea el 20 de Diciembre de 2007
(20/12/2007 (ETI-TUN)). Esta normativa agrupa las medidas consideradas por la Unin
Internacional de Ferrocarriles (UIC) y la Comisin Econmica para Europa de las
Naciones Unidas (UNECE).
Adems, se han considerado como referencia las siguientes normas, directivas o guas
de aplicacin:
Seguridad en tneles ferroviarios; versin 2.0 de marzo 2007 (Propuesta de
documento, en borrador) (STF-2007).
Instrucciones y recomendaciones para la redaccin de proyectos de plataforma.
IGP-2011. ADIF.
Ficha de la Unin Internacional de Ferrocarriles UIC 779-9, Edicin 1. Agosto
2003: Seguridad en Tneles ferroviarios (UIC 779-9).
4.2. Tipologa de tneles
La lnea proyectada est diseada para la circulacin de trenes de alta velocidad en va
doble, a lo largo del eje ferroviario Pola de Lena-Oviedo.
El estudio de la tipologa ms adecuada para los tneles que componen el trazado del
tramo en cuestin se incluye en el apndice 1 Anlisis tcnico-econmico de la
tipologa de los tneles para el desarrollo del tramo: Pola de Lena-Oviedo, de la Red de
Alta Velocidad en Asturias. Los aspectos clave considerados en dicho anlisis
multicriterio son: a) Valoracin econmica, b) Plazos de ejecucin, c) Dificultad
constructiva, d) Logstica durante la construccin y e) Seguridad y funcionalidad
durante la construccin y explotacin de la lnea. Este anlisis de tipologa de tneles
constituye una fase previa a la comparativa de alternativas de trazado incluida en el
presente documento.
Para la realizacin del anlisis tipolgico se ha considerado, una sucesin tpica de
tramos de implantacin de plataforma en sentido Pola de Lena-Oviedo constituida por:
Conexin con vas actuales en superficie (400 m)
Tnel T-1 (900 m). Velocidad de Proyecto 200 km/h.
Viaducto AS-231 (150 m)
Tnel T-2 (12.000 m). Velocidad de Proyecto 250 km/h.
Puente ro Caudal (100 m)
Tnel T-3 (2.700 m). Velocidad de Proyecto 180 km/h.
Puente ro Naln (150 m)
Conexin con vas actuales en superficie (600 m para homogeneizar todas las
soluciones)
Las tipologas analizadas fueron 7, tornndose posteriormente a 10, al diferenciar la
excavacin del tnel T-3 segn mtodos convencionales tipo NATM o por medio de
mquinas tuneladoras (TBM). Ver figura 4.2.1.
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ANEJO 10. TNELES
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Figura 4.2.1.- Variantes tipolgicas para los tneles del tramo Pola de Lena-Oviedo
El nmero de tubos que compone cada tnel viene condicionado por el anlisis de la
seguridad, adems de por condicionantes de trazado. La STF recomienda que los
tneles de doble va sin estaciones subterrneas intermedias, sean proyectados con
seccin bitubo cuando la longitud sea mayor a 6.000 m, con objeto de facilitar la
evacuacin y la actuacin de los equipos de intervencin, adems de eliminar el riesgo
de choque por descarrilamiento o cargas desplazadas, y facilitar la ventilacin.
En este caso especfico, se han considerado secciones de tnel bitubo para los tneles
de longitud superior a los 6.000 m, caso del tnel T-2, de aproximadamente 12.000 m
de longitud. No obstante, se ha considerado oportuno plantear tambin la posibilidad de
ejecutar dicho tnel largo mediante seccin monotubo de va doble, incluyendo galera
de emergencia paralela.
Del amplio abanico de posibilidades planteadas, se opt por la Variante Tipolgica 3.C, particularizada para el caso especfico de excavacin del tnel T-3 mediante mtodos convencionales tipo NATM (Ver figura 4.2.2).
Figura 4.2.2.- Variante tipolgica 3.C (Excavacin de tnel T-3 mediante mtodos
convencionales tipo NATM)
La Variante 3.C corresponde a un trazado mixto, alternando tneles monotubo con
bitubo, e incluyendo transiciones para posibilitar el paso de un entre-eje de 4,30 m a 30
m, para el caso de tnel bitubo. Al respecto de los tneles se debe indicar:
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ANEJO 10. TNELES
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Tnel T-1: Tnel mixto de 900 m de longitud que, en sentido Pola de Lena-
Oviedo, alterna un primer tramo de tipologa monotubo de va doble, con un
tramo bitubo de va nica. La excavacin se realizar mediante mtodos
convencionales, atacando el tnel desde la boca de Pola de Lena (por su mayor
accesibilidad).
Para posibilitar el paso de un entre-eje de 4,30 m, en caso de tnel monotubo de
doble va, a un entre-eje de 30 m, para tnel bitubo de va nica, ser necesaria
la disposicin de una zona de transicin monotubo-bitubo (denominada
pantaln). Dicho pantaln requiere de la ejecucin de una caverna de grandes
dimensiones, que permite el cambio progresivo de entre-eje. Posteriormente
estudiamos su geometra.
Tnel T-2: Tnel bitubo formado por 2 tneles de va nica dispuestos en
paralelo. Ambos tubos presentan una longitud de 12.000 m y se excavan
mediante 2 tuneladoras trabajando en paralelo. Incluyen conexiones entre tubos
cada 400 m, a modo de salidas de emergencia.
Tnel T-3: Tnel bitubo formado por 2 tneles de va nica dispuestos en
paralelo. Ambos tubos presentarn una longitud de 2.700 m y se excavarn
mediante mtodos convencionales del tipo NATM. Incluye conexiones entre
tubos cada 400 m, a modo de salidas de emergencia.
La normativa vigente referente a la seguridad en los tneles ferroviarios exige que,
salvo en zonas urbanas, para tneles de longitud superior a 1 km es necesario la
ejecucin de salidas de emergencia. Estas salidas debern estar separadas un mximo
de 1.000 m en caso de salidas que conectan directamente con el exterior. En caso de
pasillos transversales a otro tnel o a una galera auxiliar, la separacin entre ellos
debe ser como mximo de 400 m.
Siguiendo lo establecido en la STF-07, a los efectos de este anlisis, se considera
como longitud de tnel, la distancia entre sus bocas a cielo abierto. Adems, los
tneles sucesivos se considerarn un nico tnel si se cumplen las dos condiciones
siguientes:
La separacin entre ellos a cielo abierto es menor de 500 m.
No hay acceso a zonas seguras en el tramo abierto.
A efectos de seguridad en tneles ferroviarios, los 3 tneles que componen el trazado
terico antes definido pudieran ser considerados como un nico tnel, pues la
separacin entre ellos al aire libre ser inferior a los 500 m (Viaducto AS-231: 150 m,
Puente ro Caudal: 100 m), siendo muy complicado garantizar un acceso adecuado a
zonas seguras. La consideracin de un nico tnel implica que los itinerarios de
emergencia entre estos 3 tneles deben estar comunicados, debindose dar acceso a
zonas seguras desde la boca Sur del tnel T-1 y desde la boca Norte del tnel T-3.
Un ltimo inciso, dadas las caractersticas del trazado, funcionalidad de la va y
conexiones con lneas existentes, desechamos cualquier alternativa tipolgica que
implique bifurcaciones de va destinadas al trfico de mercancas. Es decir, se apuesta
por una lnea de trfico exclusivo de viajeros. Los argumentos bsicos son:
Desde el punto de vista constructivo, las alternativas destinadas al trfico mixto
son ms caras pues, en este caso, las bifurcaciones de va se disean en
profundidad y por tanto requieren de la ejecucin de cavernas de grandes
dimensiones. As mismo, tanto la logstica como la dificultad constructiva se
incrementa considerablemente.
En fase de operacin, las vas destinadas a trfico mixto llevan asociados unos
costes de explotacin y mantenimiento mucho mayores.
En conclusin, dado que las vas actuales por las que discurre el trfico de mercancas
se encuentran en perfectas condiciones de uso y dado que el incremento en costes
constructivos y de explotacin/mantenimiento sera considerable, no parece operativo
plantear un diseo de partida para trfico mixto.
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ANEJO 10. TNELES
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4.3. Secciones tipo
Para optimizar la funcionalidad del tnel debe realizarse un anlisis detallado de los
condicionantes que afectan a la geometra y dimensiones de la seccin tipo. Para
definir dicha seccin deben tenerse en cuenta, al menos, los siguientes aspectos clave:
Condicionantes aerodinmicos: Principal factor que afecta al tamao de la
seccin interior en los tneles ferroviarios de alta velocidad.
Condicionantes geotcnicos: Limitacin fundamental para la eleccin de la forma
de la seccin transversal. Preocupa significativamente el grado de fracturacin y
deterioro del macizo rocoso, orientacin y caractersticas de las
discontinuidades, condiciones hidrogeolgicas, etc.
Condicionantes constructivos: La eleccin del mtodo constructivo condiciona el
tamao y sobre todo, la forma de la seccin transversal. Se debe considerar, por
ejemplo, la accesibilidad de la maquinaria de construccin al lugar de las obras
as como las caractersticas de los medios disponibles. Por otro lado, en el caso
de utilizar mquinas tuneladoras, la seccin ser inevitablemente transversal de
radio nico. En este caso, si la seccin de tnel es de va doble, se producen
excavaciones muy importantes por debajo de cota de rasante que no son tiles y
deben rellenarse posteriormente con hormigones en masa.
Condicionantes funcionales: Estos condicionantes influyen en el tamao de la
seccin, en cuanto a la necesidad de espacio para la circulacin de los trenes
(seccin tipo de la plataforma y glibo ferroviario) y la colocacin de las
instalaciones necesarias tanto para la explotacin del tnel, como para asegurar
la seguridad en el interior del mismo.
El diseo de la seccin transversal es un aspecto clave a la hora de optimizar la
funcionalidad del tnel. Esta seccin debe definirse en base a un acuerdo aerodinmico
(nicamente para tneles ferroviarios de alta velocidad), geotcnico, constructivo y
funcional. Los criterios de salud y confort vinculados a las restricciones aerodinmicas
de la infraestructura solo resultan crticos en tneles con trfico de viajeros y
explotacin en alta velocidad.
En general, se atiende a una definicin de la seccin tipo de un tnel lo ms circular
posible, recurrindose a otras geometras nicamente cuando el terreno presenta
tensiones residuales muy importantes.
a) Secciones aerodinmicas
Para la realizacin del anlisis tipolgico de los tneles se ha considerado, una
sucesin tpica de tramos de tnel, en sentido Pola de Lena-Oviedo, constituida por:
Tnel T-1 (900 m). Velocidad de Proyecto 200 km/h.
Tnel T-2 (12.000 m). Velocidad de Proyecto 250 km/h.
Tnel T-3 (2.700 m). Velocidad de Proyecto 180 km/h.
El anlisis de la seccin aerodinmica de los tneles se incluye en el Apndice N 1. El
objetivo es asegurar las condiciones de salud y confort para los viajeros de los trenes
que circulan por el interior de los tneles. Se incluye a continuacin las secciones libres
recomendadas:
Tnel Longitud de tnel (m) Tipo de va Velocidad de
Proyecto (km/h)
Seccin libre mnima (m2)
Seccin libre propuesta (m2)
T-1 900 Va nica
200 58,82 58,82
Va doble 74,04 85,00
T-2 12.000 Va nica
250 50,00 52,00
Va doble 55,56 85,00
T-3 2.700 Va nica
180 45,45 52,00
Va doble 64,52 85,00
Tabla 4.3.1.- Resumen de la seccin libre demandada por cada tnel
De acuerdo con la experiencia de ADIF, los tneles de va doble de seccin inferior a
85 m2 presentan importantes problemas para la implantacin de la catenaria; as
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ANEJO 10. TNELES
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mismo, tambin se recoge que la seccin mnima aerodinmica ser de 52 m2 en el
caso de tneles de va nica.
El anlisis aerodinmico del tnel T-1 es complejo, pues incorpora para todas las
alternativas de trazado una caverna interior de grandes dimensiones, lo que en
consecuencia tendr un claro efecto de disipacin de las ondas de presin de aire
generadas por los trenes. La geometra del pantaln en el tnel T-1 se incluye a
continuacin:
Figura 4.3.1.- Planta geomtrica definicin de Pantaln en Tnel T-1 (Alternativas de
trazado 1, 2 y 3)
En el caso del tramo de tnel monotubo de va doble (para el Tnel T-1), se adoptar
una seccin telescpica de seccin libre superior a los 85 m2, pues se sita dentro del
tramo en caverna. El tramo bitubo, de aproximadamente 670 m de longitud (distancia
de boca exterior a caverna de grandes dimensiones) para las alternativas 1, 2 y 3, y de
362 m para la alternativa 4, se ejecutar mediante seccin bitubo de 52 m2, cumpliendo
de esta manera los requerimientos mnimos de seccin libre derivados del criterio de
confort (Ver Tabla 4.3.2).
Tnel Longitud de tnel
(m) Longitud de
tren (m) Velocidad
de Proyecto (km/h)
Ratio Ltun/Ltren
Coeficiente de bloqueo
Seccin libre mnima (m2)
T-1 670 200
200 3,35 0,21 47,62
400 1,68 0,26 38,50
Tabla 4.3.2.- Seccin libre mnima para el tramo bitubo del tnel T-1
b) Secciones funcionales
Pasillos de evacuacin
La seccin transversal dispondr de espacio suficiente para alojar las rutas de
evacuacin. Por tanto, en tneles de va doble se dispondrn pasillos de evacuacin a
ambos lados, dejando libre el glibo de obstculos. Estos pasillos tendrn un ancho
mnimo de 1,50 m (1,20 m + 0,30 m de canal de agua) y se elevarn a 55 cm sobre la
cota del plano de rodadura; la altura libre ser de 2,25 m y contarn con un tubo
pasamanos anclado al hastial, 1,0 m aproximadamente por encima de la acera.
En tneles de va nica, se respetarn las mismas caractersticas a un lado. En el lado
opuesto, se considerar la sustitucin de la acera elevada por una zona de paso
pavimentada de 0,90 m de ancho mnimo.
Drenaje y evacuacin de vertidos
Los tneles y sus dependencias anejas dispondrn de un sistema de drenaje (aguas de
infiltracin) y de evacuacin de vertidos (escorrenta superficial y vertidos lquidos de
limpieza, extincin de incendios, etc.), que evite su acumulacin en puntos bajos,
transiciones de peralte, etc., y los canalice longitudinalmente hacia el exterior. Segn
se especifica en la IGP-4.4 Gua para inclusin de medidas de seguridad en los tneles
de los proyectos de plataforma, para la evacuacin de vertidos se disear una red en
sistema separativo, en el caso concreto de tneles para trfico mixto con
superestructura de va en placa.
En nuestro caso, aun tratndose en la mayora de los casos de trfico exclusivo de
viajeros, se adoptar la recomendacin de sistema separativo, pues existe la
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ANEJO 10. TNELES
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posibilidad de fuertes infiltraciones de agua en ciertas zonas del trazado, por lo que la
mejor opcin es separar el sistema de drenaje y el de vertidos.
Las caractersticas mnimas recomendadas para el sistema de drenaje y de evacuacin
de vertidos sern:
Por un lado, las aguas de infiltracin se evacuarn mediante 2 colectores en
paralelo (velocidad de flujo mnima 0,5 m/s), uno en cada extremo de la seccin
transversal, al que vierten los caudales laterales, incluyendo arquetas de registro
y limpieza cada 50 metros como mximo. La entrada de flujo al sistema de
drenaje general del tnel se realizar mediante conducciones laterales a modo
de acometidas, a distancias regulares de 50m, que desaguan directamente a las
arquetas de registro.
Las aguas de escorrenta, limpieza, extincin de incendios y de vertidos, se
conducirn mediante un caz prefabricado, el cual verter a un colector principal
para caudal mnimo de 100 l/s. As mismo se dispondrn sumideros sifnicos
cada 50 metros, conectados al colector, a fin de impedir la transmisin del fuego
hacia ste. La figura siguiente muestra en detalle la tipologa de sumideros
prevista:
Figura 4.3.2.- Detalle de sumidero sifnico autoextingible a fuego
Canalizaciones
La seccin transversal dispondr, a ambos lados de la plataforma, de espacio
suficiente para disponer las canalizaciones de cables de las distintas instalaciones.
Dichas canalizaciones sern cerradas, se situarn preferentemente bajo las aceras y
estarn constituidas por tubos embebidos en un recubrimiento hormign, a fin de
proteger los cables de las agresiones externas (fuego, gases calientes,
descarrilamientos, actos vandlicos, etc.). Las canalizaciones incluyen arquetas de
registro separadas un mximo de 50 m.
Instalaciones
La seccin transversal dispondr de espacio suficiente para alojar los componentes y
equipos de las distintas instalaciones, de forma que no interfieran, ni supongan un
obstculo, en la circulacin de trenes, ni en las rutas de evacuacin de las personas.
Glibos ferroviarios
La seccin transversal de los tneles deber satisfacer las necesidades mnimas de
glibo ferroviario, tanto el cinemtico como el de implantacin de obstculos (En este
caso se toman los glibos utilizados por Adif). La seccin debe tolerar el giro de
peraltes de la va.
c) Secciones tipo
Se muestra a continuacin las secciones geomtricas tipo para los tneles objeto de
estudio, diferenciando entre secciones de va nica y va doble, y particularizando para
excavacin mediante mtodos convencionales o con tuneladora. Se mantiene un entre-
eje de 4,30 m en los tramos de tnel de va doble.
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ANEJO 10. TNELES
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CAZ PREFABRICADO,CON RANURA SUPERIOR
CUNETA"IN SITU"
ACOMETIDAA CUNETA
SISTEMA DE VENTILACIN
2,25
mn
1,
00TUBO DRENPVC RANURADO
PASAMANOS
SOSTENIMIENTO e= VARIABLE
0,55
HORMIGN DERELLENO HM-20
CONTRABVEDAHA-30
GLIBO DE IMPLANTACIN DEOBSTCULOS
GLIBO CINEMTICO
ARQUETA DEREGISTRO c/50m
ACOMETIDA AARQUETA DEREGISTRO c/50 m
COLECTOR SISTEMADE DRENAJE 300 mm
ARQUETA SIFNICAAUTOEXTINGIBLE A FUEGO c/50m
300
0,40
0,90
2,25
0,30
R4,49
7,03
1,50
R4,84
0,35
0,35
R1 8,01
REVESTIMIENTO e= 35 cm.HORMIGN ENCOFRADOTRADICIONAL HM-30 + FIBRASDE POLIPROPILENO
1,60
2%2%
4,70
3,70
COLECTOR SISTEMADE VERTIDOS 300 mm
SISTEMA DE IMPERMEABILIZACIN YDRENAJE. GEOTEXTIL + LMINA DE PVC
Figura 4.3.3.- Seccin tipo tnel Va nica Excavacin mediante mtodos
convencionales
ACOMETIDA A ARQUETADE REGISTRO c/50 m
2 100
CUNETA"IN SITU"
ACOMETIDAA CUNETA
SOSTENIMIENTO e= VARIABLE
SISTEMA DE VENTILACIN
2,25
mn
1,
00
CANALETA DE COMUNICACIONES
TUBO DRENPVC RANURADO
ARQUETA SIFNICAAUTOEXTINGIBLE A FUEGO C/50m
0,55
SOLERA PLANAHA-30
PASAMANOS
HORMIGN DERELLENO HM-20
CONTRABVEDAHA-30
GLIBO DE IMPLANTACIN DEOBSTCULOS
SECCIN CONCONTRABVEDA
SECCIN CONSOLERA
0,40
ARQUETA DEREGISTRO c/50m
COLECTOR SISTEMADE DRENAJE 300 mm
COLECTOR SISTEMADE VERTIDOS 300 mm
300
CAZ PREFABRICADO,CON RANURA SUPERIOR
ARQUETA DEREGISTRO c/50m
R6,41
8,18
2,01
GLIBO CINEMTICO
4,30
0,35
R6,76
0,35
0,50
R15,38
REVESTIMIENTO e= 35 cm.HORMIGN ENCOFRADOTRADICIONAL HM-30 + FIBRASDE POLIPROPILENO
1,50 0,401,50
2% 2%
SISTEMA DE IMPERMEABILIZACIN YDRENAJE. GEOTEXTIL + LMINA DE PVC
Figura 4.3.4.- Seccin tipo tnel Va doble Excavacin mediante mtodos
convencionales
CAZ PREFABRICADO,RANURA SUPERIOR
CUNETA"IN SITU"
PASAMANOS
HORMIGN DERELLENO HM-20
GLIBO CINEMTICO
ARQUETA DEREGISTRO c/50m
ACOMETIDA A ARQUETADE REGISTRO c/50 m
COLECTOR SISTEMADE DRENAJE 300 mm COLECTOR SISTEMA
DE VERTIDOS 300 mm
ARQUETA SIFNICAAUTOEXTINGIBLE A FUEGO c/50m
300
0,55
0,40
ARQUETA DEREGISTRO c/50m
COLECTOR SISTEMADE DRENAJE 300 mm
R4,49
7,03
1,96
0,40
GLIBO DE IMPLANTACIN DEOBSTCULOS
4,70
3,70
REVESTIMIENTO e= 40 cm.ANILLO DE DOVELASPREFABRICADAS HA-50
SISTEMA DE VENTILACIN
2,25
mn
1,
00
1,37
0,48
0,90
2,25
2%2%
R4,74R
5,14
0,25
REVESTIMIENTO e= 25 cm.HORMIGN ENCOFRADOTRADICIONAL HM-30 + FIBRASDE POLIPROPILENO
SISTEMA DE IMPERMEABILIZACIN.LMINA DE PVC
SISTEMA DE IMPERMEABILIZACIN.LMINA DE PVC
Figura 4.3.5.- Seccin tipo tnel Va nica Excavacin mediante TBM
La seccin tipo tnel de va nica ejecutada mediante TBM incluye la posibilidad de
ejecucin de un revestimiento interior adicional de hormign encofrado tradicional de 25
cm de espesor, para asegurar de esta manera la estanqueidad total del tnel en caso
de que las condiciones de agua en el interior del macizo rocoso as lo requieran.
Las anteriores secciones tipo cumplen con las recomendaciones de secciones libres
mnimas garantizadas segn clculos aerodinmicos.
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ANEJO 10. TNELES
ESTUDIOS INFORMATIVOS PARA EL DESARROLLO DE LA RED DE ALTA VELOCIDAD EN ASTURIAS. TRAMO POLA DE LENA-OVIEDO PGINA 18
5. DISEO DE TNELES
5.1. Introduccin
Se definen a continuacin los mtodos constructivos ms oportunos para la ejecucin
de los tneles en cuestin:
Nuevo Mtodo Austriaco de Construccin de Tneles (NATM): El Nuevo Mtodo
Austriaco se basa en la aplicacin inicial de sostenimientos ligeros y flexibles
tras la excavacin, los cuales permiten la disipacin de gran parte de la energa
potencial generada en el macizo, liberada tras la apertura de la cavidad. Es
decir, se permite la plastificacin controlada del terreno alrededor del tnel,
relajando tensiones. El terreno no plastificado colabora con el sostenimiento
para lograr la estabilidad del conjunto. Dicho sostenimiento, aplicado en el
permetro de excavacin, acta aportando una presin interior a la cavidad,
produciendo de esta manera un estado de confinamiento radial que debe ser
suficiente para conseguir la estabilidad de la seccin de excavacin.
Mtodo de excavacin con Tuneladora (TBM): Esta metodologa se concibe con
objeto de realizar la excavacin mecanizada del tnel al amparo de una
estructura rgida y resistente que, introducida dentro de la cavidad, proporcione
un rea de trabajo estable y segura en la zona prxima al frente de excavacin.
Por otro lado, el uso de tuneladoras permite rendimientos de excavacin muy
elevados, sobre todo cuando las propiedades del terreno se mantienen
constantes a lo largo del trazado del tnel. No obstante, dado que el transporte y
montaje de la mquina se demora algunos meses, este sistema comienza a ser
viable frente a los mtodos convencionales, para longitudes de tnel
significativas (~ 4,5 km).
La construccin de los tneles se realizar en unas condiciones geolgicas variables
(Roca sana, fracturada y suelos), con posibilidad de fuertes infiltraciones de agua hacia
el interior del tnel, zonas de cabalgamiento con presencia de materiales altamente
fracturados, se atraviesa el cuerpo de una explotacin minera (terreno modificado por
las labores mineras o zonas fracturadas por el laboreo minero de alrededor) y en
algunos casos las calizas se encuentran karstificadas (Calizas de montaa). Estas
condiciones geolgico-geotcnicas invitan, a priori, a la eleccin de un mtodo de
excavacin verstil y seguro del tipo NATM, que se adapte a las cambiantes
condiciones del terreno en cada tramo. A diferencia de la excavacin con tuneladora,
los mtodos convencionales proporcionan un proceso muy flexible, que permite
fcilmente efectuar cambios durante la construccin:
Incrementar o reducir las medidas de sostenimiento.
Variar el tiempo de cierre del revestimiento (tiempo entre la excavacin y la
aplicacin del revestimiento).
Variar la carga de explosivos. Incluso cambiar a sistemas de perforacin con
medios mecnicos (Drill&Blast).
Aumentar o disminuir la longitud de pase de excavacin.
Segmentar el frente de excavacin en funcin de las caractersticas geolgicas.
Tratamientos del terreno de acuerdo con las caractersticas geolgicas, con
tcnicas de mejora de las propiedades.
Uso de elementos de presostenimiento.
El mtodo convencional de construccin de tneles, que utiliza principalmente equipos
estndar y permite acceder al frente de excavacin prcticamente en cualquier
momento, resulta muy flexible en situaciones o lugares que exigen un cambio en el
anlisis estructural o en el diseo y que, por ello, exigen tambin cambios en los
medios de excavacin, sostenimiento y revestimiento. Como dijimos, la excavacin con
tuneladoras representa un proceso mucho ms rgido, en lo que se refiere a la
adaptacin a las cambiantes condiciones del terreno. Adicionalmente, al margen del
sistema constructivo general, la eleccin de un mtodo de excavacin tipo NATM
permite plantearse sistemas especiales de entibacin en algunas zonas singulares del
trazado (paso de zonas de falla, paso bajo vaguadas a poca profundidad, cruce con
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ANEJO 10. TNELES
ESTUDIOS INFORMATIVOS PARA EL DESARROLLO DE LA RED DE ALTA VELOCIDAD EN ASTURIAS. TRAMO POLA DE LENA-OVIEDO PGINA 19
estructuras subterrneas existentes, etc.). En cualquier caso, todos estos sistemas
siguen implcitamente la filosofa del Nuevo Mtodo Austriaco.
No obstante, la excavacin del tnel largo que aparece en todas las alternativas de
trazado como Tnel T-2, con una longitud superior a los 10 km y de tipologa bitubo, se
ejecutar mediante tuneladora, pues el ahorro en tiempo y costes resulta significativo.
Adems, la excavacin mecanizada del tnel al amparo de una estructura rgida y
resistente, proporciona unas condiciones de seguridad mximas en las zonas prximas
al frente de excavacin, que no se consiguen con mtodos convencionales. Indicar
que, dado que la utilizacin de tuneladoras supone un mtodo poco flexible en cuanto a
variaciones en el diseo, requiere de una campaa de investigacin geotcnica
exhaustiva, as como de un completo plan de avance de la mquina y de necesidades
de soporte.
En base a los datos recogidos en el Apndice N 1, en lo relativo a los mtodos de
excavacin ms idneos para cada tnel, tenemos:
TNEL TUBO L (m) MTODO DE EXCAVACIN / COMENTARIOS
ALTERNATIVA 1
T-1
Izdo 1.105 Tnel monotubo de va doble que pasa a bitubo de va nica. Excavacin monotubo NATM (exc ~ 13,85 m). Excavacin bitubo
NATM (exc ~ 10,0 m). Incluye caverna de grandes dimensiones. El ataque del tnel se realiza exclusivamente desde la boca Sur (Lado
Pola de Lena). Dcho 1.105
T-2 Izdo 11.370 Tnel bitubo de va nica. Excavacin TBM (exc ~ 10,68 m). Se
requieren 2 tuneladoras trabajando en paralelo. El ataque del tnel se realiza exclusivamente desde la boca Norte (Lado Oviedo). Dcho 11.388
T-3 Izdo 1.030 Tnel bitubo de va nica. Excavacin TBM (exc ~ 10,68 m). Se
requieren 2 tuneladoras trabajando en paralelo. El ataque del tnel se realiza exclusivamente desde la boca Norte (Lado Oviedo). Dcho 1.001
T-4 Izdo 2.464 Tnel bitubo de va nica. Excavacin NATM (exc ~ 10,0 m).
Posibilidad de realizar el ataque del tnel desde ambas bocas. Dcho 2.302
T-5 - 689 Tneles monotubo de va nica. Excavacin NATM (exc ~ 10,0 m). Posibilidad de realizar el ataque de los tneles desde ambas bocas.
T-6 - 279
ALTERNATIVA 2
TNEL TUBO L (m) MTODO DE EXCAVACIN / COMENTARIOS
T-1
Izdo 1.105 Tnel monotubo de va doble que pasa a bitubo de va nica. Excavacin monotubo NATM (exc ~ 13,85 m). Excavacin bitubo
NATM (exc ~ 10,0 m). Incluye caverna de grandes dimensiones. El ataque del tnel se realiza exclusivamente desde la boca Sur (Lado
Pola de Lena). Dcho 1.105
T-2 Izdo 11.534 Tnel bitubo de va nica. Excavacin TBM (exc ~ 10,68 m). Se
requieren 2 tuneladoras trabajando en paralelo. El ataque del tnel se realiza exclusivamente desde la boca Norte (Lado Oviedo). Dcho 11.534
T-3 Izdo 2.602 Tnel bitubo de va nica. Excavacin NATM (exc ~ 10,0 m).
Posibilidad de realizar el ataque del tnel desde ambas bocas. Dcho 2.624
ALTERNATIVA 3
T-1
Izdo 1.105 Tnel monotubo de va doble que pasa a bitubo de va nica. Excavacin monotubo NATM (exc ~ 13,85 m). Excavacin bitubo
NATM (exc ~ 10,0 m). Incluye caverna de grandes dimensiones. El ataque del tnel se realiza exclusivamente desde la boca Sur (Lado
Pola de Lena). Dcho 1.105
T-2 Izdo 11.390 Tnel bitubo de va nica. Excavacin TBM (exc ~ 10,68 m). Se
requieren 2 tuneladoras trabajando en paralelo. El ataque del tnel se realiza desde la boca Norte (Lado Oviedo). Dcho 11.390
T-3 Izdo 2.675 Tnel bitubo de va nica. Excavacin NATM (exc ~ 10,0 m).
Posibilidad de realizar el ataque del tnel desde ambas bocas. Dcho 2.675
T-4 - 450
Tneles monotubo de va doble. Excavacin NATM (exc ~ 13,85 m). Posibilidad de realizar el ataque de los tneles desde ambas bocas.
T-5 - 690
T-6 - 848
ALTERNATIVA 4 (TRFICO MIXTO)
T-1
Izdo 747 Tnel monotubo de va doble que pasa a bitubo de va nica. Excavacin monotubo NATM (exc ~ 13,85 m). Excavacin bitubo
NATM (exc ~ 10,0 m). Incluye caverna de grandes dimensiones. El ataque del tnel se realiza exclusivamente desde la boca Sur (Lado
Pola de Lena). Dcho 747
T-2 Izdo 11.485 Tnel bitubo de va nica. Excavacin TBM (exc ~ 10,68 m). Se
requieren 2 tuneladoras trabajando en paralelo. El ataque del tnel se realiza exclusivamente desde la boca Norte (Lado Oviedo). Dcho 11.485
T-3 Izdo 2.280 Tnel bitubo de va nica. Excavacin NATM (exc ~ 10,0 m).
Posibilidad de realizar el ataque del tnel desde ambas bocas. Dcho 2.280
Tabla 5.1.1.- Descripcin de tramos de tnel. Tipologa y mtodos constructivos
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ANEJO 10. TNELES
ESTUDIOS INFORMATIVOS PARA EL DESARROLLO DE LA RED DE ALTA VELOCIDAD EN ASTURIAS. TRAMO POLA DE LENA-OVIEDO PGINA 20
A continuacin se describen cada uno de los 2 sistemas constructivos antes
mencionados, convencional NATM y mecanizado TBM.
5.2. Excavacin mediante Mtodos Convencionales
5.2.1. Proceso de excavacin
Mtodos de excavacin
En el ao 1994 el profesor Romana realiza una clasificacin de los terrenos respecto a
la excavabilidad mecnica en tneles (Ver figura siguiente).
Figura 5.2.1.1.- Clasificacin de terrenos respecto a la excavabilidad (Romana, 1994)
Existen tambin recomendaciones de Romana para la eleccin del mtodo de
excavacin ms adecuado, en funcin del valor del RMR:
Voladuras (RMR > 40). Es el mtodo ms verstil y por lo tanto el ms frecuente.
Aunque es posible excavar por voladuras terrenos de calidad mala o muy mala,
no suele resultar prctico hacerlo. Obviamente la calidad de ejecucin resulta
capital cuando se utiliza este mtodo de excavacin.
Rozadora (30 < RMR < 90). Tericamente la rozadora (mquina de ataque
puntual y cuerpo bajo y compacto) puede utilizarse con gran variedad de
terrenos. Su limitacin no es la calidad global del macizo rocoso, sino la
resistencia mecnica (a traccin y a compresin) de la roca matriz. La
excavacin y el sostenimiento (realizados simultneamente) son mucho ms
compatibles cuando se trabaja con rozadoras que cuando la excavacin se
realiza con tuneladora TBM abierta o por voladuras. Por eso pueden utilizarse
rozadoras con roca de mala calidad (20 < RMR < 30) aunque puede resultar
ms econmico el uso de mtodos ms simples de excavacin.
Fresado (RMR < 30). Cada vez es ms frecuente la excavacin por fresado con
mquinas que montan una fresa de potencia media sobre un brazo de
retroexcavadora, tanto para el perfilado final del glibo, como para la excavacin
de toda la seccin. Su campo son las masas rocosas de calidad media baja a
baja (30< RMR < 50).
Escarificacin / Pala (RMR < 20). Los macizos de calidad muy mala pueden
excavarse prcticamente como suelos, con palas convencionales y/o
escarificarse (mtodo especialmente prctico para la destroza). El mtodo puede
utilizarse, con algunas dificultades, hasta la subclase 20
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ANEJO 10. TNELES
ESTUDIOS INFORMATIVOS PARA EL DESARROLLO DE LA RED DE ALTA VELOCIDAD EN ASTURIAS. TRAMO POLA DE LENA-OVIEDO PGINA 21
Fases de excavacin
Teniendo en cuenta el tamao de la seccin y las condiciones geomecnicas de los
materiales que conforman el macizo rocoso, se opta por dividir la seccin de
excavacin en dos fases: Avance y Destroza (tanto para tneles va doble como para
tneles va nica).
La excavacin por fases es habitual en tneles interurbanos de carretera y ferrocarril,
pues el alcance de la maquinaria normal (palas, jumbos y rozadoras) est limitado a
unos 7 m de altura; mayores alturas de excavacin dificultaran todas las operaciones.
Por otro lado, mediante la excavacin por fases se pueden conseguir mayores
rendimientos, ya que distintos equipos pueden trabajar simultneamente en fases
distintas a una cierta distancia.
La altura de avance debe definirse de tal forma que se permita la maniobrabilidad de la
maquinaria de descombro dentro del tnel, as como para facilitar las labores de
sostenimiento, especialmente si se requiere el empleo de bulones.
Para garantizar unas condiciones de seguridad suficientes durante la colocacin del
sostenimiento, inmediatamente despus de la excavacin de cada avance y
previamente a la colocacin de la capa de sellado y el inicio de los sostenimientos, se
proceder al saneo de la seccin excavada para eliminar bloques potencialmente
inestables y la parte de materiales "tronados". En esta operacin deber mantenerse
un criterio de compromiso entre la retirada de material potencialmente inestable, y la
ejecucin de un saneo excesivamente enrgico que d lugar a nuevas inestabilidades
de pase y generacin de sobre-excavaciones innecesarias.
La destroza deber ejecutarse, como criterio general, una vez calado el avance del
tnel, debido tanto a problemas de tipo geotcnico (al poder influir sobre ste ltimo un
frente de destroza demasiado prximo), como de tipo logstico (por ejemplo, sera
necesario proteger o desmontar las instalaciones del avance para trabajar en destroza).
El ataque simultaneo de avance y destroza, si bien se emplea cuando se requiere
acortar plazos, no se considera adecuado, con las caractersticas de los tneles que se
estn estudiando, como planteamiento de partida del proyecto. En ese caso, la
separacin longitudinal entre el frente de avance y el frente de destroza debera ser tal
que se permita la completa estabilizacin de las convergencias antes de retomar los
trabajos de perforacin, los cuales generaran nuevas inestabilidades en el terreno. En
terrenos de calidad deficiente puede ser igualmente conveniente llevar ambos tajos
muy prximos con objeto de proceder a un rpido cierre de la seccin de excavacin, si
no se pretende colocar soleras o apeos intermedios.
Longitudes de pase previstas
En nuestro diseo, las longitudes de pase quedarn relacionadas orientativamente con
cada sostenimiento tipo en la medida que ste supone una estimacin de la calidad del
terreno.
El pase de avance (mxima longitud libre sin sostener) se establecer en funcin de las
dimensiones de la seccin excavada y de las propiedades geotcnicas de los
materiales; el pase de avance se relaciona directamente con la capacidad de
autosoporte del terreno.
En el caso que nos ocupa, la longitud de avance oscilar entre los 2-3 m, para
materiales ms competentes y 1 m, cuando se excave en materiales ms fracturados o
con un menor grado de cohesin. El pase en destroza suele considerarse del orden del
doble del de avance.
5.2.2. Sostenimientos provisionales
El sostenimiento provisional se proyecta siguiendo la filosofa del llamado Nuevo
Mtodo Austraco (NATM).
La colocacin del sostenimiento representa un refuerzo del tnel con carcter
provisional, debiendo orientarse a la consecucin de un equilibrio a corto plazo, hasta
que se ejecute el revestimiento definitivo. El sostenimiento provisional se compone
generalmente de los siguientes elementos: Hormign proyectado con fibras o con malla
electrosoldada, cerchas metlicas y bulones radiales en roca.
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ANEJO 10. TNELES
ESTUDIOS INFORMATIVOS PARA EL DESARROLLO DE LA RED DE ALTA VELOCIDAD EN ASTURIAS. TRAMO POLA DE LENA-OVIEDO PGINA 22
La idea fundamental de este mtodo de excavacin y sostenimiento es que la roca que
circunda el tnel pueda intervenir en la estabilidad de la excavacin, pudiendo llegar a
auto sostenerse a travs de la formacin de un arco de descarga en torno al tnel, el
cual transmite las tensiones a ambos lados de este. El sostenimiento se colocar
dejando que deforme previamente el terreno para que la roca desarrolle su capacidad
autoportante. La carga que soporta el sostenimiento depende del momento en que se
coloque, no debiendo pasar mucho tiempo para que no llegue a inestabilizarse.
En esta fase constructiva (fase de excavacin y sostenimiento) puede considerarse que
no existen sobrepresiones de agua en el extrads del sostenimiento, pues la
excavacin permite un desage continuo por el permetro de la perforacin. En caso de
que se observen manchas de humedad en el soporte, se ejecutarn drenes
transversales a travs del mismo, con objeto de disipar cualquier sobrepresin.
A continuacin se incluyen una serie de recomendaciones sobre sostenimientos,
atendiendo a algunas de las principales clasificaciones geomecnicas.
Sost. RMR
(Bieniawski, 1989)
Q (Barton, 1974) Pernos Hormign Proyectado Cerchas
ST-I 80-100 54,60 - 503 Bulonado ocasional NO
ST-II 60 - 80 5,92 54,60
Bulonado de ocasional a
sistemtico en malla 2x2 o 1,5x1,5 m
4 a 10 cm (No armado) NO
ST-III 40 - 60 0,64 5,92 Bulonado sistemtico
en malla 1,5x1,5 o 1x1 m
5 a 9 cm / 9 a 12 cm (Reforzado con fibras) -
Grimstad, Barton NO
8 a 15 cm / 12 a 20 cm (Reforzado con fibras) -
Romana Ocasional
ST-IV 20 - 40 0,07 0,64 Bulonado sistemtico en malla 1x1 m
12 a 15 cm (Reforzado con fibras). En ocasiones > 15cm Grimstad, Barton
SI 16 a 24 cm / 20 a 30 cm (Reforzado con fibras) -
Romana
ST-V < 20 < 0,07
NO
> 15 cm (Reforzado con fibras) - Grimstad, Barton
y Loset SI
30 a 40 cm (Reforzado con fibras) - Romana
Capa de hormign encofrado convencional / Sistemas especiales
Tabla 5.2.2.1.- Predimensionamiento de medidas de sostenimiento segn
recomendaciones en base a clasificaciones geomecnicas
En base a experiencias constructivas en tneles de similares caractersticas, se definen
a continuacin una serie de medidas de sostenimiento habituales en la ejecucin de
tneles destinados a la Alta Velocidad Ferroviaria.
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ANEJO 10. TNELES
ESTUDIOS INFORMATIVOS PARA EL DESARROLLO DE LA RED DE ALTA VELOCIDAD EN ASTURIAS. TRAMO POLA DE LENA-OVIEDO PGINA 23
RMR Medios de excavaci
n Bulones Cuadrcula Hormign Proyectado Pase Cerchas Observ.
80-100
Voladura
Expansin
Ocasional 5 cm (capa de sellado)
4 m (Av) 8 m
(Des)
NO
-
60 - 80 2x2 m -
40 - 60 1,5x1,5 m 3 + 7 cm
2-3 m (Av)
4-6 m (Des)
Destroza partida en 2
30 - 40
Voladuras controladas
con explosivos especficos para rocas blandas y Medios
Mecnicos
1,0x1,0 m 3 + 17 cm
1 m (Av) 2 m
(Des)
TH-29 cada 1 m
Destroza partida en 2 Bulones de refuerzo de
acero corrugado
ocasionales
Sue
los
y lit
otip
os
dele
znab
les
Medios Mecnicos
Autoperf. en base
de avance - 3 + 22 cm HEB-180 cada 1 m
Destroza + Contrabveda
por fases. Paraguas de
micropilotes al avance
Tabla 5.2.2.2.- Medidas de sostenimiento en base a experiencias similares
En la fase de anlisis en la que nos encontramos, se plantea el uso de 3 diferentes
tipos de sostenimientos bsicos, los cuales, como posteriormente veremos, sern
complementados mediante una serie de tratamientos especiales en caso de que las
condiciones de excavacin as lo requieran:
ST-Ligero. Sostenimiento en roca sana o poco fracturada. RMR > 30. Condiciones geotcnicas favorables. Bulonado sistemtico en malla 1,5x1,5 o
1x1 m, L=4 m para tnel va doble y 3 m para tnel va nica (Buln de
expansin tipo Swellex de 150 kN). 10-15 cm de Hormign Proyectado reforzado
con fibras (HP-30). Cerchas metlicas ligeras (30
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ANEJO 10. TNELES
ESTUDIOS INFORMATIVOS PARA EL DESARROLLO DE LA RED DE ALTA VELOCIDAD EN ASTURIAS. TRAMO POLA DE LENA-OVIEDO PGINA 24
tambin la resistencia aerodinmica del tren. Mediante este elemento se asegura una
buena estanqueidad hidrulica del tnel ya que se permite una correcta colocacin de
la lmina impermeabilizante.
La ejecucin del revestimiento en los tneles excavados mediante NATM se realiza en
dos fases. En primer lugar se ejecutarn los denominados muretes de pie o muretes
gua (zapatas), como arranque de hastiales. Sobre ellos se hormigonar el
revestimiento propiamente dicho cuya cara interior constituir el paramento visto de la
seccin del tnel. La puesta en obra del revestimiento se materializar mediante el uso
de un carro encofrador con estructura portante mvil desplazndose sobre rales, los
cuales a su vez se apoyan en ambos muretes gua. La construccin de las zapatas se
realiza tras la excavacin de la destroza, simultanendola con ella (con los
correspondientes desfases en planta para compaginar ambos trabajos). Esto permite
realizar un buen recalce del sostenimiento colocado en seccin completa, que beneficia
en gran medida las condiciones de apoyo de ste.
En el hormign de revestimiento (HM-30) se incluirn fibras macro-sintticas de
polipropileno (~ 5 kg/m3), que aportan al hormign mayor ligereza, mejor adherencia,
incrementa la ductilidad del hormign, mayor resistencia a la corrosin, al ataque
qumico de lcalis y a cidos, incrementa la durabilidad, mejora el comportamiento al
fuego (reduciendo el spalling o lajeo), elimina o reduce las fisuraciones en el proceso
de endurecimiento, mejora la tenacidad, resistencia residual, resistencia al impacto y
resistencia a la flexin y por ltimo, mejora la calidad de los acabados superficiales.
En clave de tnel se posibilitar la inyeccin de mortero de cemento para rellenar los
posibles huecos derivados del propio proceso de hormigonado y compactacin.
En la fase de anlisis en la que nos encontramos, podemos asumir un espesor de
revestimiento en corona superior de 35 cm (tanto para va doble como para va nica).
Como podemos observar en las figuras anteriores 4.3.3 y 4.3.4, la seccin tipo para
tnel en va doble incluir solera plana de hormign armado (HA-30) en terrenos
competentes (e~35 cm) y contrabveda curva en terrenos de peor calidad (e~ 50 cm).
En caso de seccin de tnel de va nica, se define nicamente una contrabveda
curva de 35 cm de espesor.
La excavacin y el hormigonado de la contrabveda se efectuar a una distancia no
superior a 10 m del frente de excavacin de la destroza, con el fin de conseguir cuanto
antes el cierre estructural del sostenimiento.
Predimensionamiento del Revestimiento:
Para conocer las necesidades de revestimiento definitivo en los tneles excavados
mediante mtodos convencionales (NATM) aplicaremos la teora de Protodyakonov.
Esta metodologa de clculo trata de aproximar la geometra y dimensiones de la
bveda de descarga (terreno plastificado) que se forma alrededor del tnel tras su
excavacin. Este material plastificado, en una situacin de clculo a largo plazo y
asumiendo una completa degradacin de los elementos de sostenimiento provisional,
gravitar ntegramente sobre la estructura definitiva del revestimiento, condicionando
por tanto sus dimensiones.
Figura 5.2.3.1 Geometra de la bveda de descarga, segn la teora de Protodyakonov
B= 2 [R + m Tan (45 /2) ]
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ANEJO 10. TNELES
ESTUDIOS INFORMATIVOS PARA EL DESARROLLO DE LA RED DE ALTA VELOCIDAD EN ASTURIAS. TRAMO POLA DE LENA-OVIEDO PGINA 25
donde B es el ancho del arco o bveda de descarga, R es el radio del tnel (~ 6,5 m
en va doble), m es el alto del tnel (~ 9,9 m) y es el ngulo de rozamiento
(Asumiendo unas psimas condiciones de diseo, =20 para una roca de calidad baja
(IV) con RMR 20-40).
h= B / 2f
donde h es la altura del crculo de descarga; f representa el factor de resistencia
(Asumimos un valor de f = 2, correspondiente a calizas y lutitas blandas, margas,
areniscas friables, gravas y bolos cementados). La carga de tierras por metro lineal de
tnel (en sentido longitudinal) que acta sobre la estructura ser:
Ptierras = 2/3 hB
Siendo la densidad natural del terreno (Tomamos un valor de 2,4 t/m2). Finalmente,
se tiene:
B= 2 [R + m Tan (45 /2) ] = 2 [6,5 + 9,9 Tan (45 20/2) ] = 26,9 m
h= B / 2f = 26,9 / 2*2 = 6,7 m
(Una altura de bveda de descarga de ~ 7 m en este tipo de terrenos
denota unas condiciones de diseo muy pesimistas)
tierras= Ptierras /B = 2/3 h = (2/3) * 6,7 * 2,4 = 10,7 t/m2
Nota: A esta carga de tierras debe aadirse la presin de agua que previsiblemente
actuar sobre la bveda del tnel, principalmente en terrenos con elevada
permeabilidad, zonas karstificadas y zonas con fracturas abiertas, en los que podra
existir conexin hidrulica entre los distintos niveles acuferos. Dado que el tnel se
disea para posibilitar el drenaje del trasds, la nica forma de asumir sobrepresiones
de agua sera en el hipottico caso de fallo en el sistema de drenaje del tnel y
restablecimiento del nivel fretico tras la excavacin.
Una vez conocida la carga total que gravita sobre la estructura del tnel (Qhastial) y
asumiendo que sta se reparte de manera simtrica entre ambos hastiales, pueden
conocerse los espesores mnimos de revestimiento necesarios para resistir dichas
acciones. De otra manera, tambin podra operarse en sentido inverso, es decir, para
un espesor de revestimiento dado podra conocerse la mxima carga admisible.
El revestimiento se ejecutar de hormign encofrado tradicional, de resistencia
caracterstica mnima fck= 30 MPa. El coeficiente de minoracin de la capacidad
resistente del hormign ser c=1,5 y por tanto, la resistencia de clculo del mismo
fcd=20 MPa. Esta resistencia caracterstica supone una capacidad de carga por hastial
(Rhastial) de 700 t/m, asociado a espesores de revestimiento de 35 cm.
Dado que la mxima incgnita en todo este proceso es la carga de agua que acta
sobre la estructura de tnel, pues los datos hidrogeolgicos son bastante limitados, lo
interesante sera conocer cul es la mxima columna de agua admisible:
Qhastial = Rhastial
Rhastial = 700 t/m
Qhastial= (tierras + agua) * R = (10,7+ agua) * 6,5 t/m
(10,7+ agua) * 6,5 = 700 agua = 97 t/m2 97 m.c.a
En caso de fallo del sistema de drenaje del tnel y posterior restitucin del nivel fretico
original, el revestimiento podra tolerar una sobrecarga esttica de agua de hasta 100
m.
5.2.4. Sistema de impermeabilizacin y drenaje
En la actualidad se considera imprescindible disear tneles provistos de sistemas
impermeables, donde los goteos sobre carril o catenaria pueden generar problemas
durante la fase de explotacin. De este modo, aunque la inversin inicial en la fase de
construccin es mayor, los gastos de mantenimiento a lo largo de la vida del tnel
resultan ms bajos.
El sistema de impermeabilizacin y drenaje del tnel revestido mediante hormign
encofrado tradicional (mtodo constructivo tipo NATM) se iniciar mediante una capa
de geotextil adherida a la cara interior del sostenimiento y seguidamente una lmina de
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PVC autoextingible al fuego. Esta lmina quedar, por tanto, en contacto con el trasds
del revestimiento, tras el hormigonado del mismo.
Si bien este sistema de impermeabilizacin evita la entrada de agua al tnel, lo cierto
es que constituye, por regla general, un drenaje del trasds del revestimiento, razn por
la cual la carga de agua no se tendra en consideracin para el clculo estructural del
propio revestimiento, a no ser que se diese un fallo en dicho sistema de drenaje por
obturacin de conductos o colmatacin de poros en geotextil.
La impermeabilizacin se colocar con la ayuda de un andamio tubular ms ligero que
el empleado para el revestimiento, que se desplazar igualmente a lo largo del tnel.
La lmina de geotextil se ancla a la pared del tnel mediante spits dotados de una
placa de plstico que permite la termofusin de la lmina de PVC; asimismo, los
solapes de la lmina de PVC se efectuarn igualmente mediante dos lneas de
soldadura por el mismo procedimiento de termofusin.
El sistema de impermeabilizacin y drenaje del tnel se completa mediante:
Tubos dren ranurados de PVC en la base de los hastiales, en el trasds del
revestimiento y a lo largo de toda la longitud del tnel, los cuales desaguan a
caces longitudinales situados en aceras, de dimensin mnima 25 cm.
Acometidas