Carlos Oteo Mazo, Prof. Dr. Ing. de C.C. y P.; Catedrático de Ing. del Terreno

1. Introducción

Este amplio desarrollo ha tenido queasentarse sobre unas condiciones geológicasvariadas con materiales de propiedadesgeotécnicas diferentes y con orografías – queimponen sus condiciones a un ferrocarril deradios amplios y pendientes pequeñas – muydiversas:

– En los trazados Valladolid-La Coruña losdiferentes sistemas orográficos imponen laconstrucción de importantes desmontes y degran número de túneles y viaductos, enmateriales pizarrosos y graníticos, condiferentes grados de alteración e importantescolusiones.

– En la L.A.V. Madrid-Valencia existen tramosimportantes en que ha habido que atravesargrandes “mogotes” calizos y areniscosos, contúneles y desmontes de apreciable longitud.

– En el tramo Córdoba-Málaga, a parte deatravesar las béticas con importantes túneles –

como los de Abdalajis, en margas y calizas, conimportante aportación de agua – se han tenidoque construir viaductos con pilas de 100 m dealtura, apoyadas en laderas margosas al bordede la inestabilidad (zona de Álora, Málaga).

– En Asturias se ha tenido que ejecutar dostúneles paralelos (Pajares) de gran longitud ycon problemática diversas, entre la que cabedestacar el problema de gases inflamables, etc.

– En la Línea Madrid-Valladolid se hanexcavado dos túneles paralelos de 27 Km delongitud, con 4 tuneladoras, atravesandoimportantes fallas, etc.

Cierto es que gran parte de estos problemasson comunes a cualquier línea moderna decomunicación aunque fuese de carretera o develocidad media-alta, pero el carácter de L.A.V.impone:

– Condiciones de amplios radios, lo queobliga, en planta, a pocos cambios posibles detrazado.

La construcción de Líneas de Alta Velocidad (L.A.V.) se haincrementado notablemente en España desde la inauguracióndel famoso AVE Madrid-Sevilla, en Abril de 1992.

En estos casi 20 años transcurridos ya están en servicio líneascomo la de Madrid-Barcelona, Córdoba-Málaga, parte deSevilla-Cádiz, Madrid-Valladolid y Madrid-Valencia y enconstrucción están los tramos Valladolid-La Coruña, Málaga-Granada, acceso a Asturias, etc.

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Problemasgeotécnicos en obrassubterráneas paraAlta Velocidad

– Pendientes muy restrictivas, lo que obliga,una vez tomada una decisión en una zona, atener que mantener o variar poco las posicionesen alzado.

– Gálibos dinámicos más amplios de los deferrocarriles normales o carreteras, lo queobliga a una infraestructura más amplia. Esteaspecto tiene especial importancia en lostúneles, por el cambio de presión que introduceen ellos la entrada y salida del tren, lo que lleva,por ejemplo, a construir túneles de una sola vía,con diámetros de perforación de 9,40 m(Guadarrama) cuando en el Metro de Madrid(velocidad mucho más reducida) se ha utilizadoese diámetro para doble vía. Incluso en zonaurbana (túnel Atocha-Chamartín, actualmenteen construcción) el túnel para dos sentidostiene unos 11,5 m, frente a los 9,40 m del Metro,dada la mayor envergadura de los trenes y laposibilidad de desarrollar una velocidad algomayor que en el Metro.

– Desgastes más intensos en el material devía, como por ejemplo, en el balasto, que hay queconservar y remover con más frecuencia.

– Condiciones de seguridad adicionales,como el posible efecto de asientos de laplataforma ferroviaria (asientos de terraplenes)o de problemas en taludes de desmontepróximos que pueden condicionar laexplotación de una L.A.V. Una línea férrea puedeadmitir cambios de peralte y del alabeo mayoresque en este caso, dada la menor velocidad deexplotación y las exigencias de confort (casinulas en trenes de mercancías, que no circulanpor la L.A.V.).

En estas páginas se pretende pasar revista aesos problemas geotécnicos presentes en eldiseño y explotación de una L.A.V., aunque, porel espacio disponible no puede ser una revisiónni completa ni exhaustiva.

2. Tipos de problemasgeotécnicos

2.1. Generalidades.

Queda establecer una primera clasificaciónde estos problemas, de acuerdo con losiguiente:

A) Problemas en el terreno de apoyo de la

estructura ferroviaria. A su vez puedendistinguirse: A1) Problemas del cimiento oterreno natural. A2) Problemas del terraplénintermedio en relación con el terreno de apoyo.

B) Problemas en los taludes de excavación,tanto a media ladera como en trinchera.

C) Problemas de materiales para terraplenesy de su puesta en obra (extensión,compactación, etc.) y su control de ejecución.

D) Problemas en túneles, a los queprestaremos especial atención.

2.2. Problemas del cimiento deapoyo de nueva obra.

En este grupo debemos incluir tanto el casode una nueva L.A.V. apoyada sobre un terrenonatural en una llanura, con pequeño terraplénintermedio, y el del apoyo en fondo dedesmonte.

En el terreno natural pueden presentarsediferentes problemas:

– De falta de capacidad portante y grandeformabilidad (generalmente, demorada en eltiempo), como suele ocurrir en los llamados“suelos blandos”, o lo que es lo mismo: a)Aluviales de arroyos y ríos importantes, sea envalles estrechos o en vegas muy amplias y consedimentos blandos muy profundos (30-40 m,como en la zona entre Jerez y El Puerto deSanta María, con los consiguientes posiblesproblemas de inestabilidad y deformacióndiferida (Fig. 1). B) Vertederos de productos dedeshecho de la construcción y de excavaciones;de elementos diversos, con o sin materiaorgánica (lo que introduce problemas de

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Fig. 1.- Problemas de terraplenes sobre suelos blandos saturados.

decomposición y de “consolidaciónsecundaria”), etc. En este caso, además de laproblemática de “suelo” blando, heterogéneo ycolapsable, ha de tenerse en cuenta la recienteLey sobre Gestión de Residuos. En muchasocasiones se trata de zonas excavadas paraaprovechar material primas (graveras, minas debentonita, yeserías, etc.), rellenas de materialesantrópicos incontrolados, inertes o no.

– De disolución y arrastre, por presencia decondiciones de deposición que han dado lugar aestructuras metaestables, que tienen riesgos deevolución bajo la acción del agua o de cargasconcentradas. En estos casos podemos incluirlos limos yesíferos del Valle del Ebro, con unaestructura muy floja (densidades secas delorden de 1,20-1,30 T/m3) que tienen elevadoriesgo de colapso por inundación, ya que esasestructuras (de deposición muchas veceseólica) están cementadas por puentes desulfatos, que son disueltas por el agua, con elconsiguiente cambio brusco de volumen(colapso), para pasar a una estructura y fábricamás estable, produciéndose – durante elfenómeno – un importante asiento que puededar al traste con la infraestructura que seconstruya encima. En laboratorio se hanregistrado colapsos por inundación de hasta el30%. En la entrada de la L.A.V. a Zaragoza, hayunos 7 Km de zona endorreica (cerca de lafamosa villa de Casetas, famosa por susfenómenos de colapso) que tuvieron que

estudiarse intensamente (14 Km de tomografíaeléctrica, 6 Km de geo-radar, más de quinientospenetrómetros dinámicos, más de sesentasondeos, etc.)

– De colapso en relleno incontrolados demateriales como la “arena de miga” del centrode la Península Ibérica, en que un ciertocontenido de agua permite la creación demeniscos en el contacto de partículas y, por lotanto, la aparición de un incremento detensiones efectivas en dichos contactos, dadouna compacidad aparente al material(sobretodo superficial), que puede desaparecer,bruscamente, por saturación del material, con elconsiguiente colapso (que puede llegar al 3-4%del volumen original).

– Derivados de la presencia de “huecos” bajola plataforma, que pueden deberse a laformación de simas por disolución de yesos,como en el Sudeste de Madrid, Valle del Ebro,etc. carst calizo (como en la zona de Torija, bajodesmontes para la L.A.V. Madrid-Barcelona), etc.A veces, las simas pueden ser enormes (Fig. 2y 3).

� De expansividad, tanto en materiales arcillo-sos con minerales esmectíticos (montmori-llonita, por ejemplo), como en materialesyesíferos con anhidrita (sulfato hemihidrata-do, con el consiguiente aumento de volumende su estructura) o con glauberita (que con-tiene la “sal de Glauber” o sal común o seacon sulfato sódico; los iones sódicos pueden,al circular agua en arcilla yesífera, introducir-

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Fig. 2.- Diversos tipos de huecos y/o socavones debidos a causasnaturales (OTEO, 2009).

Fig. 3.- Gran Dolina de hundimientos en el termino deLas Simas, Aragón (OTEO, 2009).

se en el núcleo arcillosos y aumentar supotencial expansivo, como ha sucedido alSudeste de Madrid). Estos Fenómenos deexpansividad tan extendidos en Expaña (Fig.4), suelen acentuarse profundamente en des-montes y trincheras viales, ay que la decom-presión abre las fisuras propias de estosmateriales (generalmente, miocenos y pre-consolidados) y permite el acceso del agua azonas a las que hubiera tardado siglos en lle-gar. Problemas de este tipo se han producidoen la zona de Mont Blanc (Tarragona), en laL.A.V. Madrid-Barcelona, tanto en dos túnelescomo en una cimentación, en una central deenergía en Tarragona, etc.

Contra estos problemas hay solucionesdiversas que deben ajustarse a cada tipo deproblema. Por ejemplo, contra los problemas debaja capacidad portante y deformabilidadpueden utilizarse los siguientes sistemas:

� Sustitución del material débil por otro demejor calidad, debidamente compactado,siempre que se esté por encima del nivel fre-ático, como puede ser el caso de algunos ver-tederos.

� Precarga, con o sin aceleración de consolida-ción (para lo que se usan drenes-banda ycolumnas de grava, Fig. 5) y con o sin refuer-zo del terreno blando (con columnas de gra-va, columnas de mortero con desplazamien-to, pilotes de madera, etc., Fig. 6).

� Refuerzo de la base del terraplén con geo-textiles resistentes a tracción (de al menos

30-40 Kn/ml). Esto sucede aunque a vecessea una medida adicional del caso de la pre-carga con refuerzo, aunque, en algún caso, seha armado el terraplén con geotextiles muyresistentes (cientos de KN/m.l.) para intentarmantener su integridad sobre el suelo blan-do. En este último caso, es preferible repartirlos costos del refuerzo entre el terraplén y elpropio terreno blando. Refuerzos de estetipo pueden utilizarse, también contra el ries-go de presencia de cuevas de disolución,simas, carst calcáreo, etc. (Fig. 7).

� Compactación dinámica, muy aplicable en elcaso de vertederos con rellenos antrópicoscon predominio térreo y(o con restos de

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Fig. 4.- Mapa previsor de riesgos por expansividad dearcillas (Ayala y otros, 1987)

Fig. 5.- Construcciones de drenes de plástico.

Fig. 6.- Tratamiento del terreno con columnas de grava, en función dela altura del terraplén, en la variante de Medinaceli. (OTEO, 2009)

demolición. Hay que tener cuidado para queno queden zonas “flojas y colapsables” pordebajo de la zona compactada si le puede lle-gar, posteriormente agua, que puede darlugar a asientos. Esta solución es poco con-veniente para una L.A.V., por dicho motivo.

� Refuerzo del terreno blando con inyeccioneso inclusiones, como el jet-grouting. Esta solu-ción la hemos empleado en el caso de verte-deros inertes o sin precarga.

� Estructuras enterradas, a base de cabecerospilotados, en el que se apoyan vigas que que-dan, prácticamente, ocultas, al cruzar sobrezonas mineras rellenas con materiales iner-tes. Esta solución se ha empleado en algunaautovía (R-3) y podría emplearse, perfecta-mente en una L.A.V.

� Remoción del material problemático (comoel limo yesíferos que, a veces, produce simascomo la de la Fig. 8) y sustitución por elmismo material debidamente compactado.Así se hizo en la L.A.V. Madrid-Zaragoza. Eselimo yesíferos pasa, entonces, de una densi-dad seca floja (1,2-1,3 T/m3) a una densidadseca elevada (1,75-1,80 T/m3), con aumentode su capacidad portante y con un riesgonulo de colapsabilidad. En este caso, hay quecuidar las condiciones de drenaje de la zona,para impedir la llegada de agua al nuevomaterial (Fig. 9).

� Limpieza de rellenos blandos (arcilla y yesoscon elevado contenido de humedad (instala-

dos en simas) entre material duro, como enla L.A.V. Madrid-Barcelona a la entrada deZaragoza (Fig. 10). En el caso de carstifica-ción en el fondo de desmonte (Fig. 11) pue-de utilizarse la construcción de losas de hor-migón con alguna armadura que resistan la

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Fig. 7.- Solución utilizada en la plataforma de la Radial R-3 (Madrid)sobre zona con cavidades cársticas en yesos (Pérez Arenas y otros,

2003).

Fig. 8.- Sima hundida en zona endorreica en limosyesíferos, cerca de Casetas, Zaragoza.

Fig. 9.- Solución adoptada en una zona de simas dedisolución en limos yesíferos, cerca de Zaragoza (zonaendorreica, OTEO, 2009).

Fig. 10.- Simas en yesos cercana a Zaragoza (L.A.V.Madrid-Barcelona), después de ser limpiadas y antes derellenarlas con mortero.

posible presencia de huecos cársticos (Fig.12), etc.

En el caso de expansividad de arcillas, a partede cuidar el control del agua (adecuadodrenaje), debe cuidarse la realización de laplataforma del fondo de desmontes. Unasolución puede ser la de sellar la entrada deagua estableciendo un “sello” de esa plataformacon un refuerzo de la propia arcilla tratada concal (1,8-2,4% en peso), construyendo dos-trestongadas (de 25 cm de espesor, cada uno) dematerial arcilloso reforzado con cal y adición deagua (8-10 l/m2), compactado y mezclado conrodillo “pata de cabra” de unas 30-35 T. Este“cierre” es más impermeable y menos alterablepor la acción ambiental que la propia arcilla y

debe extenderse en toda la base del desmontehasta conectar con zanjas drenantes laterales,establecidas al pie de los desmontes. En el casode cimentaciones en terrenos expansivos el usode cimentaciones profundas – suficientementelargas – puede ser solución aunque hay quecuidar su proceso constructivo para no cambiarlas condiciones del terreno (no introducción deagua, ni desecación, no hacer importantesexcavaciones para construir importantesencepados, etc.)

3. PROBLEMAS EN TÚNELES.

Los problemas geotécnicos en túneles paraAlta Velocidad son, en parte, comunes a los detúneles en velocidad media o baja, en cuanto alos temas generales de emboquilles, excavación,etc., pero la diferencia está en:

� El diseño, con dimensiones adecuadas al efec-to pistón, con gálibo amplio.

� La seguridad de todos los elementos: Taludesde emboquille, sostenimiento, deformaciónde la plataforma ferroviaria, filtraciones, etc.

Es decir está en la mentalidad a la hora dediseñar (no sólo en dimensiones, sino enpendientes, radio de curvas, etc.) y en laseguridad frente a la explotación y conservación.Por ejemplo, en un túnel de pequeña velocidadse podría pensar en que la plataforma puedeestar sobre un material deformable queproduzca asientos (o levantamientos). Pero en laAlta Velocidad es necesario que eso no seproduzca y se necesita una solera ocontrabóveda que evite esos problemas.

Es decir, en túneles de Alta Velocidadnecesitamos:

� Una geometría de diseño con amplio gálibo(el dinámico es mayor que en otras velocida-des).

� Un conocimiento geotécnico de mayororden que en otros túneles, a fin de que elrevestimiento sea diseñado adecuadamente ycumpla su misión resistente y de baja perme-abilidad a corto y largo plazo. Esto obliga areconocimientos no convencionales en losque cabe utilizar técnicas muy variadas (Fig.13). En este sentido cabe señalar los recono-

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Fig. 11.- Hundimiento de una plataforma ferroviaria enla zona de Torija después de ejecutar el desmonte.

Fig. 12.- Cavernas cársticas detectadas enformaciones calcáreas (OTEO, 2009).

cimientos geotécnicos especiales en la zonade la Falla de la Umbría (Túneles deGuadarrama) o en el centro de los túnelesde Pajares. En ambos casos hemos realizadoperforaciones de hasta 900 m, con diámetrodel orden de 225 mm, para introducir enellas torpedos especiales (de 12 m de longi-tud) que permitieran realizar testificacionesgeofísicas múltiples, a fin de determinarmódulos de deformación dinámicos diferen-cias de densidad aparente, fotografías de lasparedes de la perforación, etc. (Figs. 14 a18). También permiten introducir sondasespeciales para medir y controlar la variacióndel diámetro de perforación a lo largo deltiempo, a fin de conocer la influencia de posi-bles tensiones horizontales importantes. Porsupuesto, estos sondeos han de hacerse conlodos, cuya calidad ha de vigilarse y mante-nerse durante toda la operación (Fig. 15).Estas técnicas, a pesar de todo, puntuales,pueden combinarse con tomografía sísmicaentre sondeos (Figs. 19 y 20), caso deGuadarrama, en la zona de la Falla deValparaíso, lo que permitió localizar una zonade falla milonitizada a la altura de la traza deltúnel). Y por supuesto con tomografía sísmi-ca (Fig. 21) y también microgravimetría paraprofundidades de hasta 100-150 m.

� Un reconocimiento geotécnico en emboqui-lles que sea más exhaustivo de lo normal, yaque deben estudiarse bien las fases de entra-da en el talud, bien de una vez (tuneladoras),bien en dos (avance y destroza con elN.A.T.M.). Debe de tenerse en cuenta que aveces se introduce una máquina en un talud(que ha de cortarse quasivertical en su partebaja) que, a veces, no tiene gran altura. Esacircunstancia es muy desfavorable para eltalud y su estado debe de estudiarse condetalle, haciendo sondeos con testificación

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Fig. 13.- Algunos procedimientos de prospección para túneles

Fig. 14.- Sondeos especiales con lodos(Túneles de Guadarrama, 2005).

Fig. 15.- Implantación de máquina para sondeos con lodos(Túneles de Guadarrama, 2005).

Fig. 16.- Testigos en zona de falla (Túneles deGuadarrama, 2005)

geofísica y, a ser posible, con registro de pará-metros de perforación, determinación deRQD, grado de fracturación y meteorización,recuperación de testigo, etc. La ayuda de alpi-nistas puede ser adecuada para realizar geo-física en las laderas de emboquille.

� Asegurar los emboquilles y no sólo en eltalud frontal sino en los laterales, para evitardesprendimientos sobre la vía o movimientoslaterales relativos de la vía entre la parte queestá dentro del túnel (un macizo rocoso, porejemplo) y la que está en la ladera por la quese accede al túnel. En el famoso túnel nº 40de Orense (llamado “del oro”), ese movi-miento se puede ir controlando y reducien-do, pero eso es inviable e impensable en unaL.A.V. Tanto en emboquilles frontales comolaterales pueden utilizarse diversas técnicaspara aumentar la estabilidad. En la Fig. 22aparece unas recomendaciones sobre ello.

� No cabe pensar en un sostenimiento flexibley ligero como definitivo. Si el túnel se hacecon el N.A.T.M., en cualquier caso al sosteni-miento con gunitas y/o cerchas y/o bulonesdebe añadirse un adecuado sostenimientodefinitivo (con un mínimo de 30-35 cm deespesor de hormigón) para evitar envejeci-

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Fig. 17.- Sonda Schlumberger paratestificación múltiple (Túneles de

Guadarrama y Pajares).

Fig. 18.- Resultados de testificación geofísica (Túneles deGuadarrama, 2005).

Fig. 19.- Tomografía eléctrica correspondiente a la intersección dellote 3 con la falla de Valparaíso (Túneles de Guadarrama, 2005)

Fig. 20.- Perfil longitudinal del túnel 4 en la falla de Valparaíso(Túneles de Guadarrama, 2005).

mientos del hormigón proyectado, despren-dimientos, etc. En algunas zonas más débiles(fallas, etc.), aunque hayan pasado durante laconstrucción, puede ser necesario un trata-miento posterior para asegurar el compor-tamiento del revestimiento a largo plazo. Estamedida es fundamental cuando existen pro-blemas de filtraciones (como en los túnelesde Abdalajis, en la Línea Córdoba-Málaga).También hay que tener en cuenta que lascorrelaciones de Bieniawski a partir del RMReran inicialmente, para túneles minero. En laFig. 23 se incluyen nuestras propias reco-mendaciones para clasificar la roca a partirdel RMR.

� Asegurar un apoyo de calidad a la vía férrea,con una solera plana (en rocas de calidad) ocon una contrabóveda en zonas de peor cali-dad y, sobretodo, con agua que puede darlugar a alguna subpresión. En el acaso demateriales expansivos (arcillas montmorillo-níticas, con y sin anhidrita, etc.) la contrabó-veda no sólo es imprescindible sino que pue-de necesitar un gran espesor. En los túnelesrealizados con N.A.T.M. se tarda mucho enejecutar la contrabóveda, con lo que ladecompresión puede dar lugar al levanta-miento de la zona de debajo de la futura con-trabóveda. Estos efectos se pueden reduciren el caso de realizar el túnel con tunelado-ra, tanto por la rapidez de cierre de la sec-ción, como por la forma de sección (circular,la mejor frente a estos problemas). También,en el caso de N.A.T.M., la ventilación puedeayudar en los fenómenos físico-químicos quepueden originarse, como en el caso de lostúneles de Montblanc, en que el hinchamien-to del terreno rompió la solera y en los quetuvo que realizarse una contrabóveda demucho espesor y fuertemente armada (Figs.24 a 26). Fenómenos de hinchamientosimportantes los hemos tenido en túnelescomo los de Trasvasur (en Gran Canaria, detipo hidráulico, de ∅ 3,50 m), en el que elfondo de la excavación llegó a levantarse delorden del 70% de la altura del túnel (Fig.27). En algún caso, cerca de Madrid, se hadetectado presencia de glauberita (variedadde yeso que contiene sulfato sódico). El aguaal pasar por este material, que suele estaralternado con arcillas montmorilloníticas,transfiere iones de sodio a estas arcillas y lashace más expansivas. La decompresión de laexcavación abre las fisuras del conjunto ypermite la migración de agua más fácilmente

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Fig. 21.- Planta de la zona de la falla de la umbría: sondeosy tomografía eléctrica entre sondeos. (Túnel de

Guadarrama, 2005)

Fig. 22.- Sistemas de estabilización en función de la masadel deslizamiento

Fig. 23.- Posible nuevo criterio de clasificación geomecánicade macizos rocosos, desde el punto de vista geotécnico

(OTEO, 2003).

y, con ello, el aumento de la capacidad expan-siva de la arcilla.

� En el caso de perforar el túnel a través deterrenos cársticos debe prestarse atenciónespecial a la posibilidad de huecos y cavernaspróximos al revestimiento. Si es en bóvedapuede llegar a producirse roturas y caídas delterreno, con el impacto de una cierta masarocosa sobre la estructura resistente. Si esbajo solera, ésta podría acabar rompiéndosepor flexión por efecto de mal apoyo o poranchura excesiva del hueco. Por eso debecomprobarse la posible existencia de huecos

mediante perforaciones sistemáticas (red de1,5 a 2,0 m de lado) que se rellenarán demortero, controlando el volumen de estematerial vertido, sistema que hemos utilizadoen algún túnel en carst.

Durante la construcción los procedimientospueden ser diferentes y, en principio, dependede:

� El tipo de terreno a atravesar.

� La cobertura sobre la clave (magnitud, en diá-metros y naturaleza de esa zona).

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Fig. 24.- Levantamiento de solera en Túneles de Montblanc(Berdugo, 2007)

Fig. 25.- Instrumentación en sección experimental de losTúneles de Montblanc (Berdugo, 2007)

Fig. 26.- Solución adoptada en los Túneles deMontblanc (Berdugo, 2007)

� Si existen instalaciones o estructuras próxi-mas al túnel, etc.

En la Fig. 28 se ha representado un ciertocriterio para seleccionar el procedimientoconstructivo en suelos, en función delcontenido de finos y la consistencia ocompacidad del material, y en la Fig. 29 se harepresentado un criterio para rocas, en funcióndel índice RMR y del grado de meterorizacióndel material.

Pero en esas figuras no se contempla laprofundidad de la clave del túnel. Se supone que,al menos hay uno o uno y medio diámetros dematerial resistente sobre la clave.

Si en superficie hay terrenos blandos, supresencia puede crear problemas deconsistencia del terreno próximo al túnel. En laFig. 30 aparece un criterio para decidir lainfluencia de la presencia del suelo blandosuperficial. El que este predomine no quieredecir que no se pueda hacer el túnel sino queno podrán usarse procedimientos de frenteabierto y sí tuneladoras de frente cerrado (tipoE.PB. y/o Hidroescudo).

En el caso de instalaciones o estructuraspróximas al túnel (lo que suele presentarse enla llegada de una L.A.V. a un ciudad o en túnelesque la atraviesen) el túnel puede, si eso esposible geométricamente transformarse en untúnel a cielo abierto al abrigo de pantallas, loque permite controlar los movimientossuperficiales gracias a la rigidez de las pantallasy sus apuntalamientos (losa superior, puntalesintermedios, contrabóveda o solera, etc.).

Pero en el caso de usar tuneladora en elacceso o cruce de una ciudad, el problema seconvierte en el típico de túnel urbano, como esel caso de la conexión Atocha-Chamartín,actualmente en construcción en Madrid.

Entonces se ha de tener en cuenta lasubsidencia (asientos y movimientoshorizontales) que origina la excavaciónsubterránea, la forma de la cubeta de asiento, laextensión transversal de la misma, la forma deestimar estos movimientos (por ejemplo con elModelo Madrid), etc. En este caso, si hay posibleafección a edificios (Fig. 31) pueden utilizarselas soluciones de barreras (inyecciones,micropilotes, etc.) entre túnel y edificios, las deinyecciones de compensación (Fig. 32), las de

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Fig. 29.- Posible criterio de procedimiento constructivo en roca

Fig. 28.- Criterio para seleccionar el sistema constructivo en suelos(OTEO, 2003).

Fig. 30.- Criterio para definir la influencia de la presencia del sueloblando superficial (OTEO, 2010).

reparación del edificio (cuando se esperanligeros daños), etc. Para todas estas operacionesel estudio del estado de los edificios(contrastados con documentación notarial) y laauscultación de los mismos y del terreno esimprescindible.

En túneles con longitud de varios kilómetros(al menos, más de 3,0-3,5) puede ser “rentable”el uso de tuneladoras a sección completa tantodesde el punto de vista económico como porseguridad. En ocasiones, por problemas deplazo, puede ser aconsejable la utilización deestas máquinas con algo menos de longitud.Pero donde se vuelven absolutamenteconvenientes es para longitudes de más de 5

Km. (en España hay experiencias hasta de 13,5Km. con una sola tuneladora). Como estostúneles urbanos para L.A.V. de unos 6 Km. delongitud, como el de Atocha-Chamartín) vienena construirse atravesando materiales quepueden calificarse como “rocas”, aunque seanrelativamente blandas – como las margas,generalmente alternadas con calizas máscompetentes – y/o relativamente duras(granitos, gneises, etc.).

Entonces el dilema que se puede presentares el de la elección del tipo de tuneladora. Puedepensarse, en principio, en seleccionar unatuneladora de frente cerrado, tipo rozadora, conla reacción a base de “grippers” o zapatas que se

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Fig. 31.- Zona de influencia de una excavación subterráneasobre un edificio próximo(OTEO, 2011).

Fig. 32.- Inyecciones de compensación desde pozo y barrerasentre el túnel y los edificios (OTEO, 2011).

Fig. 33.- Falla de Valparaíso tratamiento en planta (OTEO,2005).

Fig. 34.- Falla de Valparaíso. Tratamiento en sección transversal altúnel (OTEO, 2005).

apoya en la roca, circunferencialmente, que seva excavando. Pero este sistema exige que, deforma continua, exista roca de calidadsuficiente. Si aparecen fallas con milanito y zonasalteradas puede tener un doble problema: a) Nohay reacción circunferencial suficiente paraavanzar. b) La tuneladora puede cabecear yllegar a salirse de gálibo, como ocurrió en la fallade Valparaíso, en el primer túnel de los dos deGuadarrama. En la Fig. 20 puede verse lasituación relativa tuneladora-falla, la zona delfallo y en esa figura y en las Figs. 33 y 34 eltratamiento del terreno que hubo que hacerpara rigidizar el terreno y poder avanzar(sacando, previamente, por el frente de lamáquina, ocho robles jóvenes). Pero ese avancefue posible por que la tuneladora era del tipo“doble escudo”, de forma que la reacción paraque avanzarse se conseguía bien con gatoshidráulicos contra el revestimiento de dovelas(de hormigón armado) que se iba colocandosistemáticamente. De todas formas, en estecaso, unos 200 m quedaron fuera de gálibo y fuenecesario, después de acabar el túnel, procedera su demolición parcial y realización de nuevabóveda. Estos “dobles escudos” son más caros,pero pueden solucionar problemas en caso deaparecer zonas claramente más débiles. En eltúnel de San Pedro (Madrid-Guadarrama) elemplear tuneladoras de tipo “roca” dio tanserios problemas que hubo que cambiar elsistema constructivo y avanzar con el N.A.T.M.Ello implica que, en estos casos de roca, elreconocimiento geotécnico debe de ser muydetallado, con determinación cuidadosa delgrado de meteorización del material. No bastaindicar que “hay granito” ¿Cómo está dealteración, cuáles son los espesores de cada

horizonte, etc.? En Oporto (aunque era para elMetro) también se presentaron seriosproblemas para las tuneladoras E.P.B. al insistiren emplear la denominación geológica de “rocaígnea”, a pesar de que se había distinguidodiversos grados de meteroización (desde el I deroca sana al de VI o de suelo residual). En algúncaso se formaba una “pelota” de material en lacámara que se calentaba y era muy difícil suextracción. Sin embargo, en la Variante deCamarillas recientemente construida, seperforó – con total éxito – un túnel de doblevía con una E.P.B., en calizas. Lasdiscontinuidades eran de poco espesor y elavance se conseguía con gatos contra lasdovelas, sin que se presentaran problemasespeciales.

En estos casos de tuneladoras hay que cuidarlos emboquilles de entrada y salida. Convieneque las pareces a excavar (en ambos casos) seanlo más verticales posible, lo que obliga areforzar los taludes con micropilotes, bulones,gunita, etc. En el caso de tener sólo “grippers”puede llegarse a realizar una excavación inicial,de mayor diámetro, que permita introducir todala cabeza de la tuneladora, empujando desdefuera, hasta que puede apoyar los “grippers”algo alejados de la superficie del propio talud. Eluso de “grippers” en zonas muy alteradas ycerca de la superficie, si el terreno está algoalterado, puede paralizar la máquina(fragmentos de roca impiden retirar grippers) oprovocan socavones, Figs. 35 y 36). Para lasalida puede hacerse (sean “grippers” o gatoshidráulicos) un sistema parecido (siemprehemos sido partidarios de “entrar” en elterreno en vez de salir directamente).

Túneles

Fig. 35.- Socavón en boca sur del túnel deGuadarrama.

Fig. 36.- Tratamiento del socavón de la boca sur delTúnel de Guadarrama (OTEO, 2005).

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� En los casos de túneles urbanos es necesariocontar siempre con un mínimo de espesor deterreno competente por encima de la clavedel túnel. En la Fig. 37 se ha indicado el espe-sor mínimo de recubrimiento de suelo sobre

Fig. 38.- Presión en la parte superior de lacámara frontal de una tuneladora E.P.B., en

arenas.

Fig. 37.- Espesor mínimo de recubrimiento deterreno sobre clave de túnel, H, en función

de la resistencia a penetración dinámica.

Fig. 39.- Posible presión en parte superior deTuneladora EPB en arcilla.

la clave del túnel, en función de la resisten-cia a la penetración dinámica (S.P.T.). Comose ve con terreno muy duro puede llegarsea excavar, sin problemas especiales, con sólomedio diámetro de terreno (hasta superfi-cie o hasta un terreno blando) por encimade la clave del túnel. Sin embargo, en suelospoco competentes, es necesario contar, almenos, con dos veces el diámetro.

� La presión en la parte superior de la cáma-ra frontal de una tuneladora E.P.B. en suelosdepende de la naturaleza y consistencia delmismo. En el caso de arenas, para conseguirestabilidad en la zona frontal y disminuir elriesgo de sobreexcavación (puede ser nece-sario aplicar presiones altas si el terreno notiene finos (presión que depende del recu-brimiento sobre clave o presión total sobrela misma), tal como se aprecia en la Fig. 38.En arcillas para resistencias a compresiónsimple bajas puede ser necesario aplicarpresiones de 10 a 20 T/m2 en la parte supe-rior de la cámara (Fig. 39).

4. CONCLUSIONES.

A manera de resumen de todo loanteriormente expuesto puede decirse:

� En las L.A.V. el reconocimiento geotécnicodebe de ser muy exhaustivo, ya que a losproblemas geotécnicos habituales se añadeel riesgo de una mayor velocidad de opera-ción ferroviaria, lo que hace aumentar elriesgo de daños por movimientos anómalosen la vía, desprendimientos de bloques, etc.

� En el caso de túneles hay que aumentar losesfuerzos por alcanzar un conocimiento delterreno lo mejor posible. Ello hace que ten-gan que realizarse prospecciones (en zonasinterurbanas) largos y con técnicas especia-les: a) Empleo de lodos. b) Intensificación dela testificación geofísica, con sondas espe-ciales que estimen la deformabilidad delmacizo, los cambios de diámetro en tala-dros, las condiciones hidrogeológica. c)Utilización de microgravimetría, cross-holede grandes dimensiones, tomografías sísmi-cas y eléctricas, etc.

� Es necesario tener en cuenta el riesgo delevantamiento de la zona de contrabóveda

de túneles, por expansividad y extensión dearcillas (por decompresión), hinchamientosdebido a procesos químicos en anhidritas yotros minerales, etc.

� En la ejecución de túneles urbanos paraL.A.V. se ha de optimizar el suso de tunela-doras E.P.B., previendo adecuadamente laspresiones de la cámara y disminuyendo losefectos sobre estructuras próximas coninyecciones de compensación, barreras dejet-grouting, etc.

� El seguimiento y auscultación de estas obrases imprescindible (durante la construccióny explotación) para alcanzar un grado deseguridad aceptable.

5. BIBLIOGRAFÍA.BERDUGO, I. R. (2007). “Tunnelling in sulphate

–bearing Rocks. Expansive phenomena” Tesis Doctoral.Universidad Politécnica de Barcelona.

DIEZ, C. y PELÁEZ, M. (2007) “Túneles de Pajares”Congreso Int. “Los túneles, factor de transformación”AETOS, Madrid.

MENDAÑA, f. (2004). “Double shied TBM’s in theConstruction of the Guadarrama tunnels” Int. Congresson Mechanized Tunnelling: Challenging Case Histories”.Turin- Noviembre.

OTEO, C. (2003) “Consideraciones geológico-geotécnicas para el estudio de la infraestructura deobras lineales”. Cáp. 5 del Libro INGEOTER 3, editadopor C. López Jimeno. Madrid.

OTEO, C. (2005) “Geotecnia, auscultación y modelosgeomecánicos en los túneles ferroviarios deGuadarrama” Túnel de Guadarrama. Ed. EntornoGráfico, S. L. Madrid.

OTEO, C. (2009). “Doce lecciones sobre Geotecnia deinfraestructuras lineales del Transporte”. AsociaciónTécnica de Carreteras” Madrid.

OTEO, C. (2010). “La ejecución de túneles en suelosblandos: Experiencias”. Jornadas de Ingeniería Geológica-Geotécnica de túneles. Madrid. Mayo ICOG-CEDEX.

OTEO, C. (2011). “Inyecciones de Compensación”.AETESS-SEMSIG. Vol. Sobre Tratamientos en túneles ygalerías. Sesión 11ª. Madrid. En prensa.

OTEO, C.; DIEZ, F.; TRABADA, J.; DÍAZ, J. M. yHERRERA, M. (2007). “Soil treatment during theextension plan of the Metro of Madrid (2003-2007)”Proc. of the 14th European Conf. on Soil Mech. andGeotech. Eng. Madrid. Vol. 4, pp. 2137-2146.

PÉREZ ARENAS, R.; ORTIN, J. A.; OTEO, C.;CASTANEDO, F. J. y MONTEJANO, J. C. (2003).“Tratamiento de la plataforma de la Radial R-3 a supaso por una zona con riesgo de existencia de cavidadescársticas por la existencia de un sustrato yesífero”. IIICongreso Andaluz de Carreteras. Vol. I, pp 1001-12.

VARIOS AUTORES (2005). “Los túneles deGuadarrama”. Ed. Entorno Gráfico, S. L. Madrid.

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