Tecnoloxía punta en túneles
2003/02/01 Kortabarria Olabarria, Beñardo - Elhuyar Zientzia Iturria: Elhuyar aldizkaria
Os túneles son obras de carácter moi especial, xa que a maioría das veces trátase de obras subterráneas. Os tamaños poden ser grandes, como os da Mancha, con numerosos quilómetros de 6-8 metros de diámetro, medianos ou moi pequenos, até o punto de que os humanos non poden entrar. Nos pobos e cidades os túneles poden ser una oportunidade paira mellorar as vías de transporte ou mellorar o servizo de rede de sumidoiros e auga.
Antes de comezar coa execución dos túneles, é necesario realizar estudos exhaustivos do chan, sobre todo paira coñecer o tipo de terreo sobre o que se vai a atopar e ver si hai auga subterránea ou non. En función das características do terreo, da existencia ou non de auga subterránea e do uso que se vaia a dar ao túnel, determínase o sistema de execución do túnel.
Se o terreo é estable, os traballos de perforación poden realizarse de forma mecánica. Si nas prospeccións realizadas antes de comezar a construírse non se atopan grandes cantidades de auga subterránea, na maioría dos casos non é necesario presurizar as zonas nas que se vai a realizar a obra. Se se detecta a presenza de auga, pola contra, estas zonas se presurizan paira evitar que chegue auga ás zonas de traballo.
Tanto paira a construción de grandes túneles de estrada como paira a vía férrea, cando o terreo sexa estable, os labores de perforación pódense realizar a máquina. Estas máquinas denomínanse TBM ( Tunnel Boring Machine ). Son máquinas que perforan toda a fronte do túnel. A verdade é que se trata dun tren formado por varias máquinas, cada una delas co seu propio motor, que lles permite moverse sobre a vía. Na parte dianteira as TVD teñen cabeza cortante. Esta cabeza vira e tira cara atrás todo o que perfora e rompe a roca. Tras a cabeza cortante vai oculta. Ademais de ofrecer protección, mediante o escudo colócase a cobertura do túnel. Paira iso, ás agachadas, a pesar da escaseza de espazo, disponse do equipamento necesario paira mover e colocar as dovelas. O traballo non é fácil, xa que as dovelas adoitan ser pezas de máis dunha tonelada.
Algunhas das características máis destacables desta máquina son:
8.430 milímetros.
9.070 milímetros.
9.330 milímetros.
8.830 milímetros.
corte: 2.000 kW.
Capacidade eléctrica da máquina de túneles: 4.000 kVA.
Con este tipo de ferramentas colócanse as dovelas dos aneis de recubrimiento en posición, podendo encherse entre aneis con lechada de cal. Á súa vez, o utillaje oculto envía cara atrás toda a area extraída do buraco. Tamén se ocultan os motores eléctricos e as bombas hidráulicas que accionan o movemento do cabezal rotatorio e desprazan os útiles que coloca as dovelas en posición.
Cando a terra non é estable, é dicir, non se pode ocultar, perfórase doutra maneira. Nestes casos utilízanse máquinas cortantes na fronte do túnel. Os cascallos caen ao chan e recollen as escavadoras e transpórtanos a camións. Mediante esta técnica constrúense túneles que non teñen sección circular. Nestes
casos, é necesario cubrir o túnel a medida que avanza, xa que o terreo non ten a resistencia suficiente paira manterse completo sen cobertura. A caída dos teitos e paredes dos túneles en caso de non cubrirse é moi fácil, o que fai que os accidentes sexan frecuentes. Os revestimentos realízanse con formigón, ben mediante estruturas prefabricadas ou ben mediante estruturas metálicas situadas no propio túnel.
Cando a terra é moi dura, de roca dura, a fronte adoita abrirse mediante unha explosión: fanse pequenos buracos, colócase o explosivo e esténdese o buraco. A continuación comezan as obras de construción do túnel. Dito así, o traballo parece sinxelo, pero acertar coa cantidade de explosivos necesaria é moi difícil. De feito, se se acerta, obtéñense rocas de tamaño adecuado que caen onde é necesario. Desta forma facilítase a extracción de todos estes cascallos. En túneles de roca dura, a maioría das veces non se realiza cobertura, senón que se cortan para que teñan una superficie enrasada. No entanto, no caso de que a roca sexa de fácil fractura e exista risco de desprendemento de fragmentos de roca, os revestimentos realízanse con formigón prefabricado.
A elección dun ou outro sistema de construción de túneles non exime da importancia de realizar accesos adecuados tanto paira a entrada de material de traballo como paira a evacuación de cascallos. A falta de espazo adoita ser un dos maiores inconvenientes da construción da tunelería, xa que adoita ser limitada na súa parte dianteira e a posibilidade de realizar outros traballos dentro do túnel non adoita ser excesiva.
Tradear ou explotar?
O equilibrio entre tempo e seguridade fixo que durante moitos anos haxa un debate aberto na fabricación de túneles, cal é o mellor sistema de construción de túneles? O debate foi entre partidarios e detractores da utilización de máquinas perforadoras paira a construción de túneles.
En canto á seguridade do persoal que vai realizar o túnel, parece claro que o uso da maquinaria de construción de túneles é moito mellor. De feito, en túneles de fronte aberta e grandes diámetros os accidentes e afundimentos son relativamente frecuentes.
TVD en túneles longos
Os túneles máis longos do mundo de gran sección construíronse paira vías e estradas. Os túneles hidráulicos tamén poden ser longos, pero en xeral teñen una sección moito menor. Até a finalización do túnel de Seiki en Xapón, a maioría dos grandes túneles do mundo, salvo os da Mancha, construíronse sen máquina de túneles, perforados e provocados pola explosión. Con todo, o túnel de Seikan serviu paira modificar a construción dos túneles.
En Xapón houbo moitos problemas con perforacións e explosións. Os proxectos de construción dos grandes túneles que se puxeron en marcha desde entón estanse levando a cabo con xigantescas máquinas de túneles. O novo San Gotemá, dous túneles de 57 quilómetros, o novo Loetschberg, dous túneles de 45 quilómetros, Guadarrama, dous túneles de 30 quilómetros, Mont Cenis Lyon-Torino, dous túneles de 45 quilómetros, e, en xeral, as máquinas perforadoras xigantes paira a construción de grandes túneles ferroviarios e túneles de alta velocidade. Por tanto, as máquinas de túneles están a imporse.
Os da canle da Mancha son un dos túneles máis grandes construídos con máquinas de túneles e un dos máis construídos do mundo, a pesar de que na construción morreron 10 operarios. Como é sabido, a canle está formado por tres túneles, dous de nove metros de diámetro paira o tren, entre os que se atopa un túnel de servizo de seis metros de diámetro. O traballo de construción de cada un destes túneles dividiuse en dous partes, a francesa e a inglesa.
Cada una destas partes dividiuse noutras dúas, a mariña e a terrestre, polo que o proxecto construíuse en 12 partes. Con todo, na construción dos túneles só se utilizaron 11 máquinas de túneles, xa que dous túneles da terra francesa, de máis de 17 quilómetros, perforáronse coa mesma máquina. No traballo da Mancha os ingleses utilizaron máquinas abertas paira fabricar túneles e os franceses utilizaron máquinas pechadas paira construír túneles. Os ingleses perforaron una media de 800 metros ao mes, mentres que os franceses fixérono 700. De feito, as máquinas de túneles abertas son máis rápidas que as pechadas, xa que paira poder seguir perforando non necesitan colocar un anel de aro.
Loxicamente, á hora de perforar, ademais do tipo de máquina, as características do terreo ou roca teñen una gran importancia, xa que en función diso haberá que elixir un sistema de perforación ou outro.
Segundo os expertos, as máquinas de túneles só son rendibles cando os túneles son longos. Este tipo de máquinas realízanse por encargo e tarda un ano en facerse una soa. Este argumento foi frecuentemente mencionado polos partidarios de utilizar sistemas de fronte aberta paira a construción de túneles. Con todo, parece que o debate está a chegar ao final.
Subterráneo pero seguro
Os accidentes acaecidos nos túneles europeos nos últimos anos, con moitos feridos e mortos e grandes perdas económicas, puxeron de manifesto a necesidade de sistemas de seguridade e rescate eficientes nos túneles. Até a data, o factor seguridade non tivo gran importancia á hora de deseñar os túneles. Non se prevía a posibilidade de accidentes, polo que os sistemas de seguridade e rescate eran escasos. O accidente ocorrido en marzo de 1999 no túnel do Mont Blanc puxo de manifesto a necesidade de empezar a facer as cousas doutra maneira.
De feito, a técnica de construción de túneles avanzou moito. Isto permitiu construír túneles cada vez máis longos e con maior densidade de tráfico, sobre todo paira camións. Por iso, as posibilidades de accidente tamén son maiores. A experiencia demostrou que os accidentes en túneles son graves.
Os países da zona alpina son os que máis adiantaron á hora de compaxinar a tunelería e a seguridade debido aos accidentes máis terribles: Francia, Suíza, Italia e Alemaña. Durante o accidente de Mont-Blanc, estes catro países constituíron una comisión de seguridade paira analizar o estado dos longos túneles. Este comité emitiu un informe que concluíu que, en materia de seguridade, os túneles dos Alpes tiñan moito que mellorar. Tras este informe, o goberno francés modificou completamente a normativa dos túneles, establecendo a seguridade como prioridade. Ademais, constituíuse un grupo de traballo sobre seguridade en túneles que se reúne cada dous anos en Francia. O túnel renovado de Mont Blanc ( http://www.atmb.net/ ) é o exemplo máis claro que está a cambiar as cousas.
Con todo, nos túneles non hai demasiados accidentes. O número de accidentes no resto de estradas é moito maior. Os accidentes en túneles non supoñen nin un terzo do total. A maior parte dos accidentes que se producen nos túneles débense a colisións coas paredes laterais e os coches que van diante ou veñen detrás. En túneles de dobre dirección, os choques frontais son tamén relativamente frecuentes. Si neses accidentes non se produce un incendio, se non se produce unha vertedura de sustancias perigosas… o accidente non terá gran repercusión, pero cando se producen desastres a sociedade altérase. Os expertos aseguran que si se producen 20 accidentes fóra dos túneles e 20 persoas morren, non pasa nada, pero si nun único accidente ocorrido no túnel fálase de 20 persoas…
A pesar diso, cada vez estanse adoptando máis medidas paira garantir a seguridade dos túneles.
Beiravías e beirarrúas Son
obrigatorios en todos os novos túneles. As beiravías terán una lonxitude mínima de dous metros e as beirarrúas dun metro e medio. Nos túneles de dobre dirección de máis de 300 metros, cos camións avariados ao seu bordo, deberán ser suficientes paira cruzar dous vehículos sen obstáculos.
As zonas de protección paira as persoas deberán dispor dun aforamento de entre 50 e 100 persoas. Até a data colocáronse entre 700 e 1.000 metros, pero actualmente estanse colocando a 500 metros dos 350. Paira poder recibir mensaxes externas deben dispor de altofalantes e pantallas de televisión. Ademais, deben estar preparados paira permanecer moito tempo. Estas zonas de protección dispoñen dun sistema de ventilación independente, independente do sistema de ventilación do túnel. Segundo as novas normativas, as zonas de protección deben poder saír ao exterior a través das vías de evacuación.Hornacinas de seguridade e contra incendios Son buracos de máis de
dous metros de altura, dotados de reflectoras lumínicos, cadros eléctricos, sos-postais de socorro e extintores. Estarán situados a unha distancia de 200 metros a ambos os dous lados do túnel.Aparcadoiros de emerxencia En caso
de avaría ou accidente, os túneles sitúanse á dereita da dirección de circulación. Deben permitir a entrada de camións longos.As escapadas de persoas son
galerías que deben permitir a saída directa ao exterior do túnel. Cando non sexa posible directamente, poderán enlazar con túneles de ventilación ou falsos teitos, sempre que sexa posible a súa saída.Túneles de
evacuación directa ao exterior do túnel.Equipamento diverso
Rede de auga contra incendios, sistemas de aire comprimido e sistemas de recuperación das verteduras.Foso de seguridade no túnel de Mont Blanc.ATMBPuertas térmicas Este sistema
de seguridade foi utilizado por primeira vez no túnel de Frejus entre Francia e Italia tras o accidente de Mont Blanc. Deu moi bos resultados. O obxectivo do sistema é controlar se os camións que van entrar no túnel van sobrecalentados. Paira iso, antes da entrada ao túnel, habilitouse una zona de parada de camións. Alí faise pasar pola porta térmica e coa axuda da informática realízase o escáner do camión. Os sensores térmicos instalados na porta permiten obter o mapa da temperatura do vehículo. Control de pneumáticos, pastillas de freo, motor, cabina do condutor, etc.O sistema
de sinalización é básico paira garantir a seguridade do tráfico. Infórmase o usuario da localización das zonas de protección, localización das fosas de parede ou incendio, parada, velocidade á que pode circular… Colócanse semáforos, paneis de mensaxes, barreiras de peche do túnel, luces de alarma, pinturas reflectoras que conducen ás vías de escape, etc.A ventilación é de gran importancia no uso
habitual dos túneles, mentres que no caso de incendios é imprescindible o sistema de ventilación adecuado. Ademais, son necesarios varios sistemas: o natural do túnel, que se obtén mediante ventiladores, sistemas de ventilación de escapes, etc.Comunicacións A súa
importancia radica en que serven aos usuarios paira indicar en todo momento o estado do tráfico do túnel. Actualmente está a implantar e utilizando sistemas de telefonía, televisión e radio.O sistema de
control está a utilizar circuítos pechados de televisión e sistemas automáticos de detección de accidentes. Nos túneles instálanse cámaras de televisión que se poden vixiar desde a sala de control. Serve principalmente paira o control do tráfico. O sistema automático de detección por imaxes ten como obxectivo detectar en tempo real posibles incidencias no tráfico. Este sistema baséase nas técnicas de procesado dixital de imaxes.Detectores de
incendio Utilízanse detectores de fumes, detectores de calor e detectores de incendio por televisión.
Para que os túneles sexan cada vez máis seguros, a situación do chan, a densidade de tráfico, a existencia de moitas ou poucas curvas, a iluminación contra a claustrofobia… son factores a ter en conta e necesarios porque, a pesar dos poucos accidentes, os dos túneles son un accidente dramático.
Túneles máis longos
O túnel de estrada máis longo do mundo é o de San Sebastián, en Suíza, que se fixo famoso polo accidente de 2001. Abriu as súas portas en 1980 e ten 16,3 quilómetros. En Suíza tamén se atopan os dous túneles de Seelisberg, con 9 quilómetros cada un. O de Arlberg, en Austria, ten 13,973 quilómetros; o de Frejus entre Francia e Italia, 12,8 quilómetros; o de Mont-Blanc, que une ambos os países, 11,6 quilómetros. Ademais, na lista dos máis longos inclúense tres túneles xaponeses: Túnel Kan-etsu a 10,86 quilómetros, Asa a 8,6 quilómetros e Ena-San a 8,4 quilómetros.
Os túneles máis longos das vías atópanse en Xapón, Seika con 53,9 quilómetros e Dai Shimizu con 22,23 quilómetros. Uno dos túneles máis grandes de Europa son os dos Alpes e os Apeninos: Simplon Suíza de 19,8 quilómetros; o túnel dos Apeninos que une Florencia con Bolonia; o Mont Cenis dos Alpes de 13,6 quilómetros; San Gotardo de 15 quilómetros; o túnel de Lötschberg de 14,6 quilómetros, etc.
Un pouco de historia A historia dos túneles e a minería iníciase á vez. A mina máis antiga do mundo é 40.000 anos antes de Cristo, situada no collado de Bomvu, en Swazilandia. Esta mina era utilizada paira a extracción de hematites. Os primeiros túneles abríanse con lume. Alí onde tiñan que empezar a furar facíase lume e de súpeto apagábase con auga. Así, debido á variación da temperatura, a roca se agrijaba e, por tanto, podían empezar a traballar. Fai uns 2.500 anos, o arquitecto Eupalinos construíu un túnel de máis dun quilómetro de lonxitude que conducía á cidade grega de Samos. Os seus homes traballaron por ambos os lados e atopáronse no centro. Ninguén sabe que fixo o grego mentres traballaban para que o túnel non se enchese de auga, pero cunha pendente adecuada conseguiu trasladar a auga do monte Kastron á cidade. Anos despois, 35 anos antes de Cristo, preto da cidade de Napoles, abriron un túnel de 1.500 metros de lonxitude e 4 metros de anchura. Existen outros exemplos da antiga tunelería, como as minas de ouro abertas en tempos de Trajano (98-117), Lugo (Montefurado) e León (As Medulas). Túneles de construción de canles XII. Comezou a fabricarse no século XX en Francia coa canle de Midi. A pesar de que xa había moitas técnicas avanzadas (téñase en conta que en tempos dos Eupalinos nin sequera realizouse o envigado do túnel), a revolución da tunelería estaba a piques de chegar. Iso XIX. Foi no século XVIII cando ao enxeñeiro británico Marc Isambard Brunel ocorréuselle a idea de utilizar una protección cilíndrica equivalente ao túnel paira protexer aos traballadores da fabricación de túneles. A medida que se ían perforando levaba o cilindro adiante e así podían sacar o chan. Tras os perforadores, os canteiros construían o muro do túnel. Esta técnica utilizouse por primeira vez nun túnel baixo o Támesis en 1843. Sen dúbida, o avance foi notable, xa que até entón non existía ningún tipo de protección na fabricación de túneles. Ao seu ao redor, o túnel do porto de Lizarraga é da mesma forma, xa que comezou a construírse en 1853 e terminou no 59. Paira a industria da tunelería tivo máis importancia que a ferramenta do enxeñeiro Brunel a aparición do tren. Aos trens non lles gusta subir e baixar, nin moverse por percorridos cheos de curvas. Así pois, paira a industria da ponte e a tunelería, XIX. A segunda metade do século XX foi máis próspero que próspero. Os grandes túneles dos Alpes, como Mont-Cenis, San Gotardo ou Simple, son daquela época. Nos próximos anos, a fabricación de túneles ten grandes retos. Os trens de alta velocidade ou os trens subterráneos urbanos requiren de rutas o máis planas e rectas posibles. Por iso, na actualidade a tunelería está en auxe. |
Gai honi buruzko eduki gehiago
Elhuyarrek garatutako teknologia
