Características del funcionamiento de las tuneleras

Por Eduardo Cohen

Un escudo EPB utiliza el propio terreno excavado para estabilizar el frente de ataque. La presión creada por la tierra plastificada y confinada en la cámara de presión se controla mediante: la velocidad de avance de la perforación, el empuje de los gatos y la velocidad de extracción de tierra de la cámara, mediante el giro de un tornillo de Arquímedes o sinfín estanco y presurizado. La sobrepresión varía entre 1 atmósfera y aproximadamente 3 atmósferas.

Para poder emplear el terreno excavado como medio de retención, este debe tener unas determinadas características, como buena plasticidad, consistencia pastosa a blanda, baja fricción interna y baja permeabilidad al agua. Como generalmente el terreno no tiene estas características, es necesario tratarlo inyectando espumas y/o polímeros en la cámara de presión, en el frente, mediante la rueda de corte ,y en el sinfín.

Las TBM están envueltas por un cilindro metálico (escudo) que sostiene el terreno tras la excavación y permite colocar el revestimiento en su interior (un anillo de dovelas de hormigón), sin que exista ninguna interferencia.
El frente posee una cámara de excavación que se mantiene bajo presión, y en ella se amasan los terrenos excavados, empujándolos contra el frente mediante cilindros hidráulicos.

El material es extraído de la cámara de excavación por el tornillo sinfín. Luego se vierte desde una tolva a una cinta transportadora de tierras. Esta cinta lo traslada hasta los vagones del tren,  encargados de sacarlo del túnel. El material debe tener poca permeabilidad al agua, para que esta no circule por el tornillo y la presión de soporte no disminuya.

El Escudo Delantero o Frontal incluye: la estructura del Cabezal de Corte, la Cabeza Cortadora, los componentes de la Cabeza Cortadora, las Herramientas de Corte, la Cámara de Extracción, el Cuerpo medio del escudo y el Sistema de Propulsión del Escudo.

Como el cilindro exterior tiene un diámetro superior al del anillo de dovelas, una vez que la máquina ha avanzado queda un espacio vacío entre la excavación y el revestimiento, de unos 10 a 15 cm, que debe ser rellenado rápidamente con mortero para evitar la subsidencia en superficie. Para impedir que el mortero entre en la zona del escudo y este quede atrapado, en la cola del escudo existen tres filas de cepillos de acero, entre las que se inyecta grasa consistente para conseguir la estanqueidad.

El principal aspecto a considerar en la excavación mecanizada de túneles en áreas urbanas es el adecuado control de los asentamientos que se producen, inevitablemente, con el paso del mismo. Esto está directamente ligado a la estabilidad del frente de excavación y a la contrapresión que para tal fin se debe aplicar sobre este frente.

La presión de estabilización que se aplica sobre el frente de excavación del túnel cumple con la tarea fundamental de evitar los indeseados fenómenos de asentamientos, controlando la estabilidad del frente para evitar toda deformación excesiva y potenciales colapsos asociados.

La inyección del espacio que queda entre el trasdós de las dovelas de revestimiento y el terreno tiene por objetivo controlar la subsidencia producida por la descompresión del terreno, durante la excavación, prevenir la subsidencia adicional que pueda producirse por sobre excavaciones no controladas y contribuir a garantizar la impermeabilización del túnel.

Para tener éxito a la hora de diseñar y construir un túnel es necesario dominar estos tres aspectos básicos: estabilidad, movimientos del terreno y sostenimiento. El estudio de los movimientos en el terreno y su consecuente afección a las construcciones es particularmente importante en el entorno urbano. Por un lado se deben establecer los límites admisibles para no causar daños a estructuras y servicios cercanos al túnel y, por otro, se han de prever los posibles asientos y sus causas. Contrastando ambas informaciones se adoptarán las medidas constructivas necesarias para ejecutar el túnel con la mayor garantía de seguridad.

En el ámbito urbano las consecuencias de un colapso pueden llegar a ser catastróficas, por lo que la estabilidad del frente es esencial antes de la instalación del revestimiento. Teóricamente, el empleo de escudos cerrados con control de presión sobre el terreno anula la posibilidad de una rotura en el frente durante la perforación. Los automatismos con los que estos equipos están dotados permiten un control casi instantáneo de la presión que es necesario transmitir al terreno, para equilibrar tensiones y evitar su rotura. El frente se soportará con una presión, σT, obtenida mediante las tierras amasadas (EPB) o el aire comprimido (cuando se hacen paradas de inspección).

El revestimiento del túnel debe ser diseñado para que funcione correctamente durante toda su vida útil. Se diseñará para que sea capaz de resistir todas las solicitaciones a las que se pueda ver sometido: las cargas del terreno y del agua, las deformaciones que puede llegar a sufrir y las cargas aplicadas tanto en fase constructiva como de servicio.

Tunelereas – Descripción.

Por Eduardo Cohen

Equipos para Excavación de túneles

Luego de analizar distintas alternativas y las posibles interferencias a lo largo de sus trazas, y en base a la geología prevista, se concluyó que las actividades de excavación requerían la utilización de dos máquinas TBM (Tunnel Boring Machine) del tipo EPB (Earth Presure Balance, de presión balanceada del terreno) con un diámetro de excavación de 7,90 m  y un largo de 10 m. La distancia mínima entre el fondo del Emisario Principal y los túneles aliviadores a construir es de unos 8 m.
Las máquinas tuneladoras seleccionadas son marca Lovat del tipo TBM, modelo ME310SE, con escudo simple de tipo EPB, que pueden trabajar de modo cerrado (closed mode). Las TBM están siendo fabricadas especialmente para este proyecto en la sede de la empresa en Canadá. Se complementan con un equipo de soporte (back up) por cada TBM, que es remolcado por las mismas. El largo total de la maquinaria de la TBM + el back up ronda aproximadamente los 75 m.

Es necesario disponer de distintos equipos rodantes (rolling stock) para el transporte de suelos de excavación, de los materiales utilizados para el revestimiento y la construcción del túnel y del personal. El peso de la TBM más su respectivo back up es de aproximadamente de 900 ton y requerirá para su funcionamiento una potencia de 3.437 kw.

Obras túneles aliviadores del emisario principal del arroyo Maldonado

Por Eduardo Cohen

La cuenca del Arroyo Maldonado tiene un área total aproximada de 10.000 Ha, divididas en partes iguales entre la ciudad de Buenos Aires y la provincia de Buenos Aires.

Actualmente el arroyo Maldonado escurre entubado desde las inmediaciones de la estación San Justo en el partido de La Matanza (prov. Buenos Aires) hasta desembocar en el río de La Plata, a la altura del Aeroparque Metropolitano. En la Ciudad de Buenos Aires corre bajo la Av. Juan B. Justo, derivando parte de su caudal en el Arroyo Cildañez, cerca del límite oeste de la Ciudad. El proyecto del entubamiento del Maldonado fue realizado en 1918 por Obras Sanitarias de la Nación. La construcción comenzó en 1929 y finalizó hacia 1940.

Los efectos de las inundaciones se han agravado en las últimas décadas, con el consecuente deterioro de la ciudad y de la calidad de vida de sus habitantes, ocasionando serios problemas sociales y graves pérdidas humanas y económicas. La constante impermeabilización de las cuencas y el incremento de la urbanización transformaron en insuficiente un sistema de desagües razonable para su época.

En los últimos años, diversas intervenciones y obras mejoraron la condición de escurrimiento, aunque no lograron resolver el problema de las inundaciones. La principal causa de anegamiento es la falta de capacidad del emisario principal.

La alternativa de proyecto adoptada incluye la construcción de dos túneles aliviadores que derivarán aguas del conducto principal existente por gravedad. Los dos túneles desembocarán en el río de la Plata, a la altura de Punta Carrasco. El proyecto también prevé el redimensionamiento de la red de drenaje secundaria. Con las obras completas se logrará un nivel de mitigación correspondiente a inundaciones producidas por tormentas de 10 años de recurrencia.

La obra proyectada deberá alcanzar una vida útil de 100 años. La construcción de los dos  túneles, de 6,90 m de diámetro interno, se hará en forma simultánea, utilizando dos máquinas tuneladoras. El trazado de los túneles se desarrolla completamente bajo terrenos de jurisdicción pública.

El Túnel 1 (corto) tendrá 4.579m de longitud entre los centros de los pozos extremos, comenzando en la calle Niceto Vega y Juan B. Justo y desembocando en Punta Carrasco. 
El Túnel 2 (largo) comenzará en la intersección de las calles Cuenca y Galicia, también finalizando en Punta Carrasco; su longitud será de 9.864 m entre los centros de pozos extremos.
La obra incluye la construcción de las estructuras vinculadas a la operatividad de ambos túneles, como son las estructuras de derivación de caudales del emisario principal, las cámaras de conexión de aquellas con los túneles, la obra de descarga y bombeo y las cámaras de ventilación.

La profundidad de los túneles y las pendientes de los diferentes tramos están condicionadas por la presencia de obras de infraestructura que atraviesan los trazados, como las líneas de subterráneos B y D, el río subterráneo de agua potable y el mismo emisario entubado bajo el cual se desarrollarán tramos importantes de ambos túneles.

El revestimiento para el sostenimiento de la excavación de los túneles estará constituido por dovelas de hormigón equipadas con juntas de estanqueidad en todas sus caras.