DISEÑO GEOMÉTRICO DE TÚNELESEn los que casos en que la topografía obligue al diseño de desarrollos del eje de la vía bastante extensos y tortuosos para el cruce de accidentes geográficos como cordilleras y serranías, y como resultado de diferentes análisis de tipo técnico – económico, podrá resultar favorable la construcción de túneles viales como alternativa de diseño dentro del proyecto. Especialmente en el caso de los túneles, su proceso de diseño y construcción se encuentra fuertemente influenciado por los avances tecnológicos, condición que genera una gama cada vez más amplia de tipologías y elementos auxiliares disponibles. Debido al alto costo que implica la construcción de uno o varios túneles dentro de un proyecto, cualquier decisión en su diseño y construcción deberá estar enteramente sustentada en estudios de tipo técnico – económico y si es posible, en experiencias previas.

Generalidades Un túnel es una cavidad subterránea o subacuática que como solución vial implica una operación vehicular a cielo cerrado. Este tipo de operación obliga a la toma de ciertas precauciones para garantizar a los usuarios un recorrido a través del túnel dentro de las mejores condiciones de seguridad. Efectivamente las precauciones están relacionadas con la iluminación, la presencia de monóxido de carbono, óxido de nitrógeno, entre otros gases dentro de la galería; el tipo de circulación vehicular, ya sea unidireccional o de doble sentido y los alineamientos en planta y en perfil, con los demás elementos de la sección transversal. Sentidos de circulación vehicular El diseño del paso subterráneo implicará la definición de una geometría y cantidad de galerías acorde con las condiciones particulares del proyecto, elementos que adicionalmente dependerán de la disponibilidad económica y tecnológica presente. A continuación se entregarán algunos esquemas típicos de secciones de túneles dependiendo únicamente de sus sentidos de operación vehicular. La geometría final de la sección o secciones será el resultado del proceso de diseño.

Una galería Operará con dos carriles de circulación, uno para cada sentido. Será reconocido como sentido bidireccional. En la Figura siguiente se presenta un ejemplo de este tipo de galería

Doble galería

Cada galería operará con dos o tres carriles de circulación en un solo sentido. Será reconocido como sentido unidireccional. En la Figura siguiente se presenta un ejemplo de este tipo de galería

Velocidad de diseño Si bien las condiciones de operación vehicular dentro del túnel no deben propiciar la ocurrencia de situaciones de riesgo en las cercanías de los portales, ni afectar el Nivel de Servicio de los tramos adyacentes al mismo, se debe tener en cuenta lo siguiente: - La cantidad de aire viciado generado por los vehículos estará en función de las condiciones de operación principalmente de los de tipo pesado, razón por la cual se deberá buscar que los vehículos permanezcan dentro del túnel el menor tiempo posible sin generar detrimento en la seguridad en la operación.

- Debido a las condiciones particulares de operación dentro de los túneles, en los casos de galerías de circulación bidireccional será necesario prohibir expresamente las maniobras de adelantamiento.

- Para eliminar la necesidad de realizar maniobras de adelantamiento dentro del túnel será necesario establecer condiciones geométricas que permitan una operación uniforme para todos los vehículos. Para lograr cumplir los anteriores elementos, el diseño geométrico del túnel deberá ser realizado contemplando una Velocidad de diseño para todos sus elementos de cien kilómetros por hora (100 km/h). Lo anterior implica que el diseño debe ser tal que las velocidades específicas VCH, VETH, VCV y VTV sean todas iguales a cien kilómetros por hora (100 km/h). Criterios de diseño geométrico En general, el diseño geométrico del túnel debe encontrarse en concordancia con el de los tramos adyacentes al mismo, sin dar lugar esto a curvaturas innecesarias que podrían además de constituirse en situaciones de riesgo para los usuarios, generar incrementos injustificados en los costos de diseño, construcción y operación.

Alineamiento horizontal El diseño en planta del túnel dependerá de su longitud, para lo que se recomiendan los siguientes criterios: a) Longitudes menores de doscientos metros (200 m): alineamiento horizontal preferiblemente en recta.

b) Longitudes entre doscientos metros y quinientos metros (200 - 500 m): alineamiento horizontal compatible con la velocidad de diseño. Cabe anotar que para las zonas exteriores adyacentes a los portales la curvatura debe presentar una transición que permita a los conductores realizar los ajustes necesarios a la velocidad evitando condiciones de operación forzada y por tanto insegura.

c) Longitudes mayores de quinientos metros (500 m): alineamiento horizontal compatible con la velocidad de diseño. Para este tipo de túneles es importante evitar que los conductores puedan ver los portales a grandes distancias por el efecto distractor que esto genera, para lo cual se recomienda diseñar curvas horizontales en sus proximidades. En los casos de túneles de longitudes mayores a mil quinientos metros (1500 m) se recomienda diseñar adicionalmente una curva horizontal aproximadamente en la mitad de la longitud del túnel buscando disminuir el efecto de cansancio generado por la monotonía en la operación.

Alineamiento vertical Pese a que para el diseño de túneles se deban realizar todos los controles requeridos para el diseño en perfil, la pendiente longitudinal cobra mayor importancia por constituir uno de los principales factores de diseño de los sistemas de ventilación si éstos se requieren. Para el diseño en perfil del túnel se hacen las siguientes recomendaciones: - Se debe buscar al máximo que la velocidad de operación, principalmente de los vehículos pesados, sea constante en toda su longitud, para lo cual se deberán evitar tramos que puedan generar condiciones de pendiente crítica. Debido a lo anterior, para el diseño de túneles se recomiendan pendientes longitudinales máximas de tres por ciento (3.0 %). En algunos casos se pueden aceptar pendientes longitudinales hasta de cinco por ciento (5.0 %) siempre y cuando no se exceda la Longitud crítica de pendiente.

- Salvo que las condiciones del sitio lo impidan, se deben diseñar de tal manera que el drenaje se logre por gravedad. Consecuente con lo anterior, como pendiente longitudinal mínima se aceptará cero punto cinco por ciento (0.5 %).

- En el caso de requerir curvas verticales cóncavas, para la verificación de las distancias de visibilidad se deberá tener en cuenta la limitación que genera el techo o clave.

- Cuando se requieran curvas verticales para el empalme con los portales desde el exterior, se recomienda el uso de curvas convexas antes que cóncavas, por el efecto óptico de estrechamiento que generan las últimas.

Sección transversal No obstante que el diseño de la sección transversal depende principalmente de las condiciones geológicas y geotécnicas del sitio de perforación, se deben seguir los siguientes criterios: - Gálibo mínimo: cinco metros (5 m).

- Ancho de calzada:

- Galerías de tres carriles, unidireccionales: once metros con cincuenta centímetros (11.50 m).

- Galerías de dos carriles (unidireccionales o bidireccionales): ocho metros (8.00 m).

- Ancho mínimo de andenes:

- Andenes a ambos lados: setenta y cinco centímetros (0.75 m) cada uno.

- Andén en un solo lado: un metro (1.0 m) y un bordillo en el lado opuesto de cuarenta y cinco centímetros (0.45 m).

- Ancho mínimo de bermas. Dependerá del empleado para las zonas adyacentes al túnel. Es pertinente anotar que el área requerida para satisfacer las anteriores dimensiones no se puede ocupar bajo ninguna circunstancia por equipos o instalaciones de servicio, para las cuales se requerirán áreas adicionales. Adicional a lo anterior se hacen las siguientes recomendaciones: - Superficie de rodadura. Debe ser de un material no inflamable, por lo que no se recomienda el uso de concreto asfáltico.

- Se debe buscar al máximo mantener el mismo tipo de sección en toda la longitud del túnel, exceptuando los sitios donde se requieran bahías de estacionamiento o instalaciones especiales.

- Bajo ninguna circunstancia se permitirá la disminución de la sección transversal si esta genera incumplimiento de las dimensiones mínimas estipuladas para la operación.

Elementos complementarios Con el fin de permitir unas condiciones de operación seguras en el interior del túnel, es necesario construir e instalar una serie de elementos que permitan la atención oportuna ante situaciones eventuales. A continuación se ofrecen algunos criterios generales para su dimensionamiento y ubicación. - Tal como se dijo anteriormente, el diseño y ubicación de los elementos complementarios no podrá generar afectación alguna al área requerida para la operación del túnel.

- Bahías para estacionamiento. Tienen como finalidad principal permitir el estacionamiento de vehículos con fallas mecánicas y del personal de mantenimiento, sus dimensiones son:

- Ancho mínimo: cuatro metros (4.0 m).

- Longitud mínima: cuarenta metros (40 m).

- Separación máxima:

- Galerías bidireccionales: Cada mil metros (1000 m) alternadas.

- Galerías unidireccionales: Cada mil metros (1000 m) al lado derecho.

- Nichos de auxilio. Son excavaciones menores localizadas cada doscientos metros (200 m), provistas de teléfonos de emergencia conectados con el Centro de control, para solicitar ayuda, con botón de emergencia, extintores, mangueras e hidrantes para casos de incendios.

- Nichos de escaleras. Se emplean para túneles largos en los que la evacuación se realiza por conductos separados del túnel principal. Se deben ubicar cada doscientos cincuenta metros (250 m).

- Centro de control. Es el medio para la operación y supervisión del túnel. Deberá recibir toda la información de servicio y emergencia, las señales de telemetría y los reportes de funcionamiento de los equipos. Deberá contar con áreas destinadas a la atención de primeros auxilios y disponer de vehículos y equipos de rescate ante accidentes ocurridos en el interior del túnel. - Otros dispositivos. Deben ser instalados todos los equipos requeridos para el adecuado monitoreo de las condiciones internas de operación, todos debidamente conectados con el Centro de control.

Considerando todas la Recomendaciones anteriormente dichas se puede determinar las dimensiones mínimas para el tunal

Gabilo: 7.00mAncho de vía: 10.20m

10.20m

10.20m