Construcción de túneles: lecciones de Crossrail para el presente y el futuro

Las obras subterráneas en un entorno urbano siempre han planteado un reto importante a la ingeniería puesto que, a las dificultades e incertidumbres habituales de la excavación en subterráneo, se le añade la inevitable afección a las construcciones existentes, las cuales, en la mayoría de casos, no están concebidas para sufrir las deformaciones de sus cimientos que impone la excavación del túnel.

El reto de construcción es tanto más agudo cuando el túnel se emplaza en un entorno urbano densamente ocupado como es el centro de Londres, siendo los edificios y demás infraestructura afectada (viario y túneles de metro) de cierta antigüedad. La fase crítica de esta afección se produce normalmente en el momento de la excavación del túnel por lo que, inevitablemente, es el constructor el principal responsable de llevar a buen término la obra –en todos los sentidos, pero especialmente en el de la interacción con el entorno- sin demérito de los demás agentes (promotor, proyectista, dirección de obra) que también tienen un papel relevante. Es por ello que la elección del procedimiento constructivo del túnel siempre ha tenido gran importancia y la experiencia y el oficio de la empresa constructora serán la principal garantía de seguridad, no sólo para el personal de la obra, sino para el entorno urbanizado y habitado.

La importancia de los bienes en juego ha llevado al desarrollo de métodos constructivos robustos y de fiabilidad cada vez mayor como son las tuneladoras de última generación, donde se conjugan los avances de la robotización en las labores de excavación y sostenimiento de la galería con la máxima seguridad que confiere un entorno de trabajo blindado por un frente hermético y un escudo protector donde se desenvuelven las operaciones de montaje de las dovelas prefabricadas del revestimiento y donde el terreno excavado es limpiamente transportado por una cinta sinfín a la boca del túnel.

No obstante estos indudables progresos de la construcción mecanizada, el control de los movimientos del terreno inducidos por la excavación del túnel sigue siendo una tarea crítica de toda la operación, ya que, por si sola, la excavación mediante tuneladora de frente cerrado no garantiza que las subsidencias del terreno que siempre se generan estén dentro de los límites admisibles para los edificios afectados.

Aunque un análisis detallado de todos los parámetros de la operación de una tuneladora que inciden en los asientos del terreno desborda el marco de esta presentación, es importante señalar que un aspecto decisivo para minimizar los movimientos es el control de las presiones del terreno en el frente de la máquina. En efecto, el operador de la máquina dispone de un registro continuo de las presiones del escombro excavado dentro de la cámara del frente y puede aumentarlas o disminuirlas a su antojo con diversos mecanismos  bajo su control, tales como la fuerza de los gatos de reacción para el avance del escudo y la velocidad de rotación de la rueda de corte.

Simultáneamente, se están midiendo los movimientos en la superficie del terreno mediante sensores que transmiten la información en tiempo real al centro de control. Si bien “grosso modo” existe una correlación, de manera que a mayores presiones del frente menores subsidencias, la conducción de la tuneladora debe hacerse con las mínimas presiones del frente compatibles con unos asientos admisibles con el fin de evitar efectos indeseados como son mayores desgastes de la maquinaria y menores rendimientos de avance. Ello hace imprescindible establecer de antemano un protocolo de guiado de la tuneladora donde se establezca el rango de presiones del frente en cada punto del trazado, al cual se debe ajustar el operador de la máquina para garantizar que no se van a superar los umbrales de afección tolerable al entorno.

Como ya se ha señalado son variados los factores que influyen en la magnitud de las subsidencias, unos dependientes de las características del proceso constructivo (detalles de la tuneladora, velocidad de avance, presiones del frente, inyección de trasdós de las dovelas, etc.) y otros del propio entorno (perfil geotécnico, tipo de edificaciones, etc.); e incorporarlos todos en un modelo predictivo resulta de gran importancia para poder construir el túnel urbano con garantía de éxito.

Conscientes de ello, desde la Dirección Técnica de Ferrovial Agroman hemos creado una base de datos en la que ha incorporado toda la experiencia, propia y publicada por terceros, del comportamiento frente a asientos de distintos túneles que ha servido para elaborar modelos empíricos que se han aplicado con éxito en distintas obras como la Línea 9 del Metro de Barcelona o el By-Pass sur de la M-30 de Madrid.

Un paso más allá en esta estrategia de I+D+i ha sido promover con el Massachusetts Institute of Technology (MIT) de Boston un ambicioso proyecto de 3 años de duración en el que se aprovecha toda la experiencia acumulada en los túneles de Crossrail de Londres para crear una herramienta predictiva, basada en los modelos numéricos tridimensionales, de las subsidencias inducidas por la construcción del túnel que, una vez puesta a punto, permitirá establecer con la mayor precisión los protocolos de presiones del frente de las tuneladoras de frente cerrado, lo cual no sólo es un salto cualitativo importante en la seguridad de la construcción sino que, además redundará positivamente en la eficiencia de los procesos de obra y su coste económico.