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8 revista dräger 6 | 2 / 2012

ConstruCCión de túneles EnfoquE

Hong Kong (China): En las horas punta, el tráfico cruza rápidamente el túnel Cross Harbour. Es una de las vías de más tráfico en todo el mundo y conecta Kowloon con la isla de Hong Kong (al fondo)

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D ebajo del centro de la ciudad, máquinas gigantescas se abren camino por el lodo y la creta de

Londres: desde la primavera de 2012, la primera de las ocho tuneladoras del fabri-cante alemán Herrenknecht comienza a perforar un total de 40 kilómetros de túneles ferroviarios bajo la capital britá-nica. Son el núcleo principal del proyecto Cross rail, destinado a canalizar el tráfico ferroviario de larga distancia por debajo de Londres en el futuro. Es una tarea colosal, y actualmente la mayor obra de Europa.

Crecimiento rápido

A la misma escala gigantesca, se están construyendo muchos nuevos túneles por todo el mundo, porque el futuro de la infraestructura de transportes se encuen-tra bajo tierra: las vías rápidas para tre-nes de largo recorrido y las autovías nece-sitan túneles, y los sistemas de transporte eficientes no pueden seguir ampliándo-se en las grandes áreas urbanas sin vías subterráneas. Al transporte de personas en sí, se suman redes para datos, energía y agua, así como el alcantarillado.

Los túneles son las arterias vitales de las metrópolis creando redes cada vez más densas bajo el suelo: ya hay varios cente-nares de kilómetros de túneles nuevos en construcción o en fase de proyecto. «Las prioridades se encuentran principalmen-te Europa y Asia», comenta el ingeniero Roland Leucker, director de la Asociación para el Estudio de Sistemas de Tráfico Subterráneos (STUVA, por sus siglas en alemán) de Colonia. «Especialmente en las megaciudades con muchos millones de habitantes, la demanda de túneles para

el transporte público urbano es enorme». Pero los túneles de carretera y ferroviarios necesitan dimensiones cada vez mayores.

No solo el número de túneles aumen-ta, también su longitud. Un ejemplo es el túnel del paso del Brennero de 55 kilóme-tros, cuya construcción comenzará pronto. Este puerto es la conexión más importante y más frecuentada entre el norte y el sur de los Alpes. Unos dos millones de camiones y doce millones de turismos cruzan este punto cada año. El túnel base proyecta-do, exclusivamente ferroviario, supondrá una descongestión importante y transcu-rrirá entre Innsbruck (Austria) y Fortez-za (Italia) bajo tierra. Desde el año 2007, se están construyendo galerías de sondeo y el túnel principal se excavará a partir de 2013. La conclusión del proyecto, con un coste total de unos ocho mil millones de euros, está prevista para el 2022.

necesidad de conceptos de rescate

También los diámetros son cada vez mayo-res: el túnel Changjiang Under River, inau-gurado en 2009 en Shanghái, consiste en dos tubos de más de 15 metros de diáme-tro cada uno. Hay espacio suficiente para una autovía de tres carriles y una línea de metro por debajo. Con proyectos cada vez más ambiciosos, los requisitos de segu-ridad también crecen, durante la cons-trucción y más tarde en servicio. Mejorar la seguridad en la construcción de túne-les es una postura defendida también por In-Mo Lee, presidente de la Asociación Internacional de Túneles y Espacios Sub-terráneos (ITA) en el marco del Congreso Mundial de Túneles de 2011 en Helsinki: «Hay que desarrollar tecnologías para >

Arterias vitales bajo tierralas obras de construcción de túneles son lugares extremos y su seguridad requiere SoLuCIonES CoMPLEJAS. incluso el uso posterior de los sistemas subterráneos de tráfico e infraestructuras es exigente.

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poder proteger y rescatar personas con efectividad en caso de un siniestro, especialmente de incendio», opina en una entrevista con la revista especializada tunnels et espace souterrain. Se refiere especialmente a túneles muy largos, cuyo número va en constante aumento.

Condiciones similares a una mina

El concepto de seguridad en la construcción y el servicio de túneles es complejo y difícil de definir. Esto se refleja en la infinidad de normas y disposiciones pertinentes. Debido a las condiciones extraordinarias en la obra y en el túnel terminado, reúnen aspectos de la seguridad laboral y la prevención de accidentes con la prevención de incendios, el aseguramiento de vías de emergencia y otros aspectos.

Particularmente en las fases de avance y construcción, hay bastantes similitu

des con la minería de la que la ingeniería de túneles recibe siempre impulsos importantes. La similitud entre estas dos formas de excavación subterránea es una constante que existe desde que, hace más de 3.000 años, se construyeron los primeros túneles de riego. «Los trabajos y las herramientas de excavación fueron casi idénticas en la minería y la construcción de túneles durante mucho tiempo», confirma Dirk Bühler, ingeniero y experto en túneles del Deutsches Museum de Múnich. «Pero por las necesidades del tráfico los túneles siempre tuvieron diferentes requisitos de inclinación, diámetro y propiedades de las superficies».

«También en las tecnologías de seguridad hay analogías entre la minería y la construcción de túneles», añade Werner Ochse, experto en túneles de Dräger. La gran experiencia de la empresa de Lübeck en el rescate minero es la base de la actual gama de aplicaciones de seguridad para la construcción de túneles que presenta la empresa.

En el Deutsches Museum de Múnich, se puede visitar, de forma permanente, una recreación de las obras de construcción del túnel de Simplon que da una buena idea de la seguridad de los trabajadores en siglos pasados. El primer tubo de este túnel de casi 20 kilómetros se excavó entre 1898 y 1912 conectando Italia y Suiza. La masiva estructura de madera deja espacio suficiente para un tren minero en la mitad inferior de su sección. Por encima, los pilares hechos de troncos poco trabajados crean un entramado estrecho y claustrofóbico. Imaginándonos la iluminación pobre y el calor, nos

En la construcción de túneles y la minería se usan técnicas y herramientas similares

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Inaugurado en 1908: el túnel de Rotherhithe recorre Londres por debajo del Támesis en 1.481 metros

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podemos hacer una idea de las condicio-nes en las que se hicieron los primeros grandes túneles de tráfico.

Riesgos invariables en la obra

Las condiciones cambiaron considera-blemente gracias a la luz eléctrica, ven-tilación más eficiente, pero sobre todo las herramientas modernas para la excava-ción de túneles. La construcción de túne-les se ha transformado significativamente por la utilización de grandes tuneladoras, que parecen fábricas subterráneas desde el escudo de perforación hasta el sistema de instalación del tubo. «En Alemania, sobre todo los túneles ferroviarios se excavan con escudos», cuenta Roland Leucker. En los túneles de carretera se suele optar por la excavación minera debido a la necesi-dad de perfiles flexibles. También la cons-trucción a cielo abierto sigue conservan-do cierta importancia: en un 20% de los túneles que se construyen actualmente en Alemania se aplica este método.

Los riesgos fundamentales de la cons-trucción de túneles siguen siendo los mis-mos. El tramo excavado debe protegerse sobre todo contra factores geológicos como la presión de la roca o la filtración de agua. Además, hay que proteger a los trabajado-res contra los efectos de las explosiones, perforaciones, el tráfico y la construcción de la estructura portante, así como even-tuales incendios y sus consecuencias. A esto hay que añadir los riesgos específicos de un lugar de difícil acceso bajo tierra que depende de la ventilación externa y la alimentación eléctrica.

En la era temprana de la construcción de túneles moderna el aspecto más crítico >

Calado: el 23 de marzo de 2011, la tuneladora

Heidi establece la última conexión del tubo

oeste del túnel de base del Gotardo. Se abrirá

al público en 2016

Las cámaras de refugio y rescate garantizan una

protección autónoma contra gases tóxicos durante horas

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era el trabajo en condiciones hiperbáricas, puesto que si la descompresión no se hacía bien, los trabajadores podían sufrir el síndrome de Caisson, comparable al síndrome de los buzos. Un hito en la prevención de esta enfermedad fue la contratación de la pareja de médicos Arthur y Olga Adele Bornstein para las obras del túnel por debajo del río Elba en St. Pauli (Hamburgo). «De 1909 a 1910, los doctores Bornstein controlaron por primera vez en una obra con condiciones hiperbáricas o de Caisson al personal que trabajaba en ella y combatieron los síndromes de forma sistemática aplicando métodos que ellos mismos fueron perfeccionando», explica Dr. Jürgen Bönig del Museo del Trabajo en Hamburgo.

Trabajando bajo presión

Hoy día, la excavación por escudo con empleo de líquidos ha reducido los trabajos manuales en condiciones hiperbáricas. Incluso el recambio de las herramientas en las ruedas de corte de las tuneladoras modernas se puede realizar a presión atmosférica. Esta tecnología se empleó por primera vez en la rueda de corte de la tuneladora Trude de Herrenknecht con la que se excavó el cuarto tubo del nuevo túnel bajo el Elba en Hamburgo. Pero a nivel internacional los trabajos en condiciones hiperbáricas siguen siendo un tema importante.

Entre las soluciones técnicas que aumentaron el nivel de seguridad en las obras de túneles, especialmente en los últimos años en todo el mundo, están las cámaras de refugio y rescate. Los contenedores son resistentes a la presión y

estancos, incluyen el suministro de oxígeno y energía independiente del entorno, así como opciones de comunicación con el exterior. Las ocho tuneladoras de Herrenknecht para el megaproyecto Crossrail están equipadas con cámaras de refugio de Dräger. «En vista del gran número de túneles que se excavan con escudos en todo el mundo, esta tecnología tiene un potencial enorme», dice Werner Ochse de Dräger.

Debe desarrollarse desde el inicio del proyecto un concepto de seguridad concluyente, tanto para la construcción de un nuevo túnel como para la mejora de sistemas existentes, sobre la base de una evaluación de riesgos específica, como postula Peter Medek, ingeniero de Ventas de Dräger. Medek conoce todos los detalles de estos procesos, dado que, con la enorme gama de más de 60 productos y diversos servicios, Dräger se ha convertido en un proveedor global en este sector.

«Ya en la fase inicial de las medidas de construcción y saneamiento, nos involucramos para poder ofrecer todos los servicios necesarios», explica Medek. Entre ellos figuran el asesoramiento en el desarrollo del concepto de seguridad, la instrucción del personal y la formación de los equipos de rescate, así como el suministro de contenedores de rescate y de equipo de protección individual y un sistema de gestión de alquileres para una gran gama de equipos de seguridad. Entre los servicios está asegurar el funcionamiento de los equipos de protección respiratoria para los cuerpos de bomberos que asuman la protección contra incendios en un túnel. Para las situaciones típicas con tiempos

de servicios muy extensos, Dräger ofrece equipos de protección respiratoria de circuito cerrado (p. ej., Dräger PSS BG 4 plus) con una autonomía de hasta cuatro horas.

Conceptos de seguridad de varios niveles

Las medidas para combatir incendios se refieren tanto a la fase de construcción como a la de servicio. Pero cuando el túnel está en servicio, su seguridad requiere otras medidas que durante la excavación y construcción. Después de inaugurarse, el túnel es frecuentado por muchas personas. Y en caso de un accidente o incendio todas deberán ser guiadas a lugares seguros. Las diferencias entre los medios de transporte se hacen mucho más patentes que durante la fase de construcción: las condiciones en un túnel para peatones son completamente diferentes a las de un túnel de carretera o ferroviario.

Los túneles más largos del mundo son los ferroviarios. Para estos se han implementado conceptos de seguridad diversos. La compañía ferroviaria alemana, Deutsche Bahn, desarrolló un concepto de seguridad de varios niveles. «El primer nivel consiste en medidas de prevención en las que se basan acciones para minimizar incidentes», explica KlausJürgen Bieger, director de seguridad y responsable de protección antiincendios del grupo Deutsche Bahn. Luego siguen el rescate, propio y ajeno. Para evitar accidentes e incendios, se prohíbe el cruce de trenes de pasajeros con los de mercancías en túneles largos en vías de alta velocidad. Además, las locomotoras de trenes de pasajeros que se matriculen en Alemania deben cumplir las normas >

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«sobresaliente»: el Club de Auto-movilistas alemán ADAC galardona el concepto de seguridad del túnel Richard strauss en Múnich

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Las cámaras de refugio y rescate aumentan el nivel de seguridad

En el túnel de sierre (suiza): después

de un accidente, en marzo de 2012,

los helicópteros de rescate aterrizan

en la boca del túnel

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de protección antiincendios de la Oficina Federal Ferroviaria que se basan en la nor-ma DIN 5510, complementada por el esbo-zo de la norma DIN CEN/TS 45545-1 sin publicar. Si aún así se produjera un incen-dio a bordo, hay más medidas como la des-activación del freno de emergencia para que el tren no pare hasta salir del túnel.

Si a pesar de toda la prevención se pro-dujera un incidente crítico en el túnel, los pasajeros pueden ponerse a salvo ellos mismos o ser rescatados de la zona peli-grosa por los bomberos. Las medidas cons-tructivas como vías de escape aseguradas, iluminadas y señalizadas, salidas de emer-gencia y teléfonos de emergencia comple-tan el concepto de seguridad. En túneles nuevos, estas medidas se complementan con tuberías de agua integradas para la extinción, incluido depósito, alimentación eléctrica e infraestructura de radio.

Rápidos trenes de rescate

Mientras que los accesos a las bocas de los túneles y los espacios de rescate están hechos para vehículos por carretera, los vehículos de dos vías y los trenes de resca-te conforman un equipo de rescate muy especial. En Alemania, hay estacionados seis trenes de rescate en los tramos de alta velocidad entre Hanóver y Wurzburgo, y entre Mannheim y Stuttgart. La compa-ñía ferroviaria suiza (SBB) dispone de 15 trenes de extinción y rescate en total. En 2006, la SBB emitió un pedido de ocho tre-nes nuevos que fueron construidos por un consorcio en el que Dräger era responsa-ble de la tecnología de seguridad. Los tre-nes circulan hasta a 100 km/h y consisten en un vehículo de rescate y uno de extin-

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Varios niveles: primero las medidas preventivas, luego el rescate propio y ajeno

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Combatir incendios con agua nebulizadael proyecto safety of life in tunnels 2 (solit2) investiga de 2009 a 2012 las instalaciones técnicas para la prevención de incendios en túneles. en el marco del proyecto fomentado por el Ministerio Federal de economía y tecnología se realizaron más de 30 ensayos de grandes incendios en el verano de 2011 para probar la eficiencia de sistemas de extinción de incendios con agua nebulizada en combinación con la venti- lación de incendios en túneles de carretera. los ensayos se llevaron a cabo en el túnel experimental de san pedro de anes. en este marco se recrearon incendios con sus-tancias líquidas y sólidas con cargas de fuego de hasta 100 megavatios.

en la conferencia de la stuva 2011 en Berlín, los ingenieros roland leucker (gerente de la asociación de investigación de instalaciones de tráfico subterráneas, stuva) y stefan Kratzmeir (gerente de iFaB, ingenieros para la investigación aplicada de protección contra incendios) concluyeron que el proyecto había sido un éxito. el uso de sistemas de nebulización de agua puede tener un efecto positivo sobre los incendios de sustancias líquidas y sólidas en un túnel, dado que las minúsculas gotas de agua esparcidas enfrían la materia ardiente y el entorno, y además disminuyen el nivel de humo. además, el agua nebulizada reduce el riesgo de que las llamas pasen a los vehículos. «en general, es importante», escriben los dos expertos en la revista especializada tunnel (edición 8/2011), «activar la instalación cuanto antes para aprovechar el efecto positivo de la refrigeración».

ción con motor propio, así como un depósi-to de extinción en medio. La sala de emer-gencia puede evacuar hasta 60 personas.

«La evacuación de túneles de carre-tera en caso de incendio representan un problema especial, dado que las personas tienden a considerar su vehículo como el espacio más seguro en el túnel», dice el catedrático Dr. Berthold Färber que diri-ge el Instituto de Ciencias Laborales de la Universidad del Ejército en Múnich. «El coche es un espacio de protección subje-tivo», explica el psicólogo, «pero el tiem-po para escapar de un incendio en un túnel suele ser de muy pocos minutos. Un camión en llamas produce considera-

bles emisiones de sustancias tóxicas». En un proyecto de investigación por encar-go del Instituto Federal de Carreteras los expertos en ciencias laborales han proba-do varias medidas para guiar a las perso-nas desde su vehículo hasta la salida de emergencia de una forma rápida y segura. Se probaron tanto medidas psicoacústicas como innovadoras tecnologías de señali-zación. Según el profesor Färber, ha pro-bado su eficiencia como señal de alarma de efecto subliminal un tono de frecuen-cia bajo, mientras que el canto de pája-ros, con un ruido blanco de fondo, indica el camino hacia la salida de emergencia. Los investigadores marcaron las vías de >

operación: fogTec practica la

extinción con agua nebulizada en condiciones

realistas

Seguridad en el Eurotúnel: test de un sistema de

extinción a alta presión – a la derecha: la puerta a uno de los pasillos que conectan los dos

túneles principales con los de servicio

y rescate intermedios

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Un sonido de baja frecuencia ha probado ser efectivo como alarma subliminal

3000

Sistema de túneles

Estación de emergencia

PortalBodio

Salida de aire

Estación multifunción

Galería de acceso


Sedrun



Galería de cableado

Pozo IPozo II

PortalErstfeld

salida con luces intermitentes, las puer-tas de escape se identifican mediante un pulso láser que cruza el túnel.

12.000 cabezales de aspersión

También la prevención técnica de incen-dios juega un papel importante en la segu-ridad de un túnel. Empezando por los túneles para peatones y grandes construc-ciones subterráneas frecuentadas por un gran número de pasajeros. Así, en febre-ro de 2012, el municipio de Múnich reci-bió de la Asociación Federal de Ingeniería de Protección contra Incendios el distin-

tivo Sprinkler Protected por la protección antiincendios en el complejo de Stachus. El motivo fue el saneamiento de las insta-laciones, uno de los mayores edificios sub-terráneos de Europa con unos ocho kiló-metros de vías de escape subterráneas. En el marco de la reforma se modernizó el sistema de protección antiincendios y se instalaron 12.000 cabezales aspersores.

Los responsables de los túneles de Dart ford y de Tyne, que forman parte de las autovías M25 y M9 en Gran Bre taña, optaron por un sistema de protección con-tra incendios diferente. Los túneles de

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Calado final el 15.10.2010Sedrun

Boca norte

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acceso Amsteg

7,7 km

11,3 km

8,7 km

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Sedrun

Tubo este

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Un reto geológico: en la excavación del túnel de base

del Gotardo había que perforar toda una serie de rocas

diferentes. Un proyecto muy exigente para los ingenieros, en

el que hubo que combinar la excavación mecánica y por

voladura, entre otros métodos

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CONSTRUCCIÓN DE TÚNELES ENFOQUE

Tyne están en servicio desde noviembre de 2010, el túnel de Dartford se equipa-rá este año con un sistema de extinción a alta presión, con equipo del fabricante ale-mán Fogtec. «El agua para la extinción se nebuliza con toberas especiales, así una cantidad relativamente pequeña de agua actúa contra las llamas con una superficie extraordinariamente grande», explica el director técnico de Fogtec, Dirk Laibach.

Sofisticados sistemas de extinción

La empresa instaló el mismo sistema en el Eurotúnel que comunica Inglate-rra con Francia por debajo del Canal de La Mancha. Aquí hay cuatro estaciones seguras a las que los trenes de transpor-te de camiones se desvían automática-mente cuando se detecte un incendio a bordo. Una vez se ha determinado el foco de incendio por los dispositivos de medi-ción redundante, se activa el sistema de extinción con una presión de hasta 100 bares. La niebla producida refrigera ins-tantáneamente la superficie en llamas y, a la vez, reduce la entrada de oxígeno.

El gerente de STUVA Roland Leu cker menciona además las medidas cons-tructivas de protección contra incen-dios, como el recubrimiento interior del túnel con hormigón mezclado con fibras de polipropileno. En caso de incendio, se evita así que se suelten grandes tro-zos de hormigón que cubren la armadu-ra de acero. En los túneles Crossrail en Londres ya se utilizan hormigones de este tipo. Peter Thomas

Vista de las obras de los túneles Crossrail en Londres. Forman parte de una red de 21 kilómetros que unirá 37 estaciones en total

15,6 km

Galería de acceso

Faido Boca sur

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Informaciones sobre productos de Dräger:www.draeger.com/6/tunel

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Métodos de construcción de túnelesExcavación con escudo: Una tuneladora fresa el terreno con una rueda de corte giratoria. La cabeza de la máquina está recubierta por un escudo cilíndrico. Según las condiciones geológicas, el por donde se inicia la excavación se sostiene con líquidos a alta presión o con el mismo material arrancado. En las rocas más sólidas, el material se puede sencillamente triturar y transportar al exterior. Inmediatamente después de la excavación se estabiliza y se reviste el tubo. Excavación minera: En este método, fiel a la tradición minera, se perfora la roca para poder volarla con explosivos de forma controlada. A continuación, los mineros excavan la roca con herramientas hidráulicas. La forma más moderna de este método se llama nuevo método austríaco. Falso túnel: Para la construcción de túneles muy poco por debajo de la superficie y grandes edificios subterráneos, como estaciones de metro, se suele emplear este método. Se excava un canal abierto, se construye el túnel y luego se cubre con un techo. Alternativamente, también se pueden edificar solo las paredes y el techo para luego excavar el túnel bajo tierra.Construcción con cajones: Los túneles por debajo de ríos o brazos de mar se pueden construir sumergiendo una serie de cajones para luego unirlos entre sí. Así se construyeron, por ejemplo, los tres primeros tubos del nuevo túnel bajo el Elba en Hamburgo.

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