TOPOGRAFÍA EN TÚNELES EXCAVADOS POR MÉTODOS CONVENCIONALES. PARTE II.

• En la segunda entrada de esta temática vamos a seguir comentando de manera detallada el proceso de control, topografía y replanteo de la construcción de túneles excavados por métodos convencionales (N.A.T.M.). Anteriormente hemos descrito aspectos como la red básica exterior de vértices topográficos (configuración y observación), fases del desmonte en emboquilles/frentes rocosos e inicio de túnel en mina (bulonados, paraguas de micropilotes, viga de atado, visera etc).

• Antes de continuar con la "harina" es necesario incidir (sin entrar muy en detalle) en que la construcción de un túnel de esta índole afecta irremisiblemente al entorno. Puede haber emboquilles muy cercanos a núcleos urbanos o que la traza subterránea del túnel discurra bajo zonas mas o menos pobladas. Por tanto hay que prever los inconvenientes inevitables: el ruido/vibraciones de las voladuras y la propia excavación del túnel que pueden provocar en el exterior asentamientos superficiales, grietas en edificaciones/estructuras así como variaciones en los niveles freáticos cercanos.

DISTANCIAS DEL COMIENZO DEL TÚNEL EN MINA A EDIFICACIONES CERCANAS.

• Se ha de realizar un inventario exhaustivo de todas las edificaciones que sean susceptibles de experimentar movimientos no deseados (constituyéndose informes fotográficos detallados & levantamientos de actas notariales de estado previo). Normalmente el criterio empleado será aquellas estructuras que se encuentren sobre la superficie y en un cono de afección específico (distancia en planta y alzado/montera a la rasante/clave del túnel). Se aforan también los depósitos de aguas subterráneas/riego que probablemente se verán afectados (doy fé de ello ¡¡). Todas estas acciones se incluirán dentro de un plan exterior de auscultación y control de vibraciones .

CONTROL DE ASENTAMIENTOS EN ESTRUCTURAS ALEDAÑAS AL TÚNEL.

• Cuando comiencen las primeras voladuras del túnel en mina se recogerán lecturas con sismógrafos en los puntos descritos por el pliego para determinar/controlar el dimensionamiento de la carga explosiva inicial. Esto se realiza por parte de personal especializado (geólogos, geotécnicos, artilleros etc) y que posteriormente presentarán informes detallados del proceso.

• En lo que atañe a nuestra especialidad; en la auscultación exterior,  habrán de realizarse observaciones altimétricas de alta precisión (arrastrando cotas absolutas desde la N.G.P d de la obra lineal) sobre registros (regletas invar de lectura adosadas a paramentos) en viviendas/edificios y control de subsidencias (arquetas de control/nivelación_ver imagen inferior) sobre el terreno.

• La periodicidad de las observaciones vendrá marcada por la distancia al frente de voladura, fase  de excavación (avance/destroza), riesgo/estado de la edificación, existencia de convergencias en el interior del túnel etc.. (no hay fórmulas para esto, entre los geotécnicos, la dirección de obra y el pliego del proyecto se establecerá algo coherente --> o puede que no lo sea). En la imagen inferior podéis apreciar una planilla de registro y evolución de las magnitudes/movimientos altimétricos que se produjeron en la edificación nº3 con la aproximación/alejamiento de la excavación del túnel en mina que discurría por debajo (prácticamente nulas < 3mm son los geotécnicos quien han de valorarlas al igual que sucede con las convergencias interiores).

• Retomando el comienzo de la excavación del túnel en mina habíamos descrito hasta la  fase de construcción de la visera/viga de atado (tras replanteo del paraguas de micropilotes).
• Bien, lógicamente no se comienza a efectuar voladuras en el frente de ataque hasta que no se ha avanzado unos cuantos metros hacia el interior (4-5 m hacia pk+) por medio de martillo rompedor. Se sigue perfilando la excavación, los geotécnicos realizan "levantamientos" del frente y calculan el coeficiente R.M.R. (Rock Mass Rating - índice de Bieniawski) zonal (atendiendo a diversos parámetros como calidad de la roca, tipología, grado de alteración etc) a partir de esas consideraciones se establece el tipo de sostenimiento/refuerzo que paulatinamente se va aplicando durante la excavación en mina para contener el macizo rocoso.

• No vamos a entrar muy en profundidad en otras materias que no nos competen como es la geotecnia; aunque bien viene siempre tener algunas nociones, al fin y al cabo el replanteo de sus elementos es nuestra función. A grandes rasgos un sostenimiento se compone de un posible paraguas de micropilotes, cerchas, arriostramientos,  gunita y bulones. Según sea la potencia del mismo (existencia o no de micros, grosor de cerchas, espesor de gunita y espesor/abundancia de bulones) se irán definiendo desde ST5 (mas potente en emboquilles/zonas con poca montera) a ST1 (menos potente, solo gunita y bulones, sin cercha).

•  Hay túneles que tienen tan poca cobertura hasta la superficie o el material rocoso/de es tan inestable que se emplean secciones que incluyen paraguas de micropilotes sucesivos en todo su trazado (por tanto aplicaríamos en este caso todo ST4).
• Aún estamos al inicio del túnel en mina y para los primeros replanteos nos posicionaremos con intersecciones inversas mixtas  visando hacia pk- al menos a 4 vértices del emboquille (bases alejadas  de voladuras y en posiciones estables). Suponiendo que sea necesario seguir marcando paraguas de micros (en este caso se replanteaban cada 14m) ya no será (normalmente) la "paragüera" quien los realice si no los jumbos de perforación (brazos barrenadores). Seguiremos el mismo proceso que se indicó para el emboquille (anterior entrada) pero prescindiendo de los encamillamientos ( ya no necesitamos ser tan cuidadosos- ver abajo paraguas interior).

• La complicación de los paraguas interiores sucesivos es la formación de una  figura  troncocónica que  conlleva  sobreexcavación  formando  un  perfil    longitudinal  dentado,  para  permitir  el emboquille  del  siguiente  paraguas,  se  hace  necesario  planificar  muy  bien  el número de estos elementos a realizar. Hay que ir ganando un offset/amplitud (con excavación y cerchas) determinado según la distancia/pk al siguiente paraguas teniendo precaución de no cagarla y meternos en el que está encima (aunque ya se encarga la gente del túnel de  con una inclinación considerable -mínimo 5º + rasante zonal).
• Estos replanteos podrían automatizarse creando en las definiciones de la sección tipo a cargar en la Estación Total - cuantas figuras homotéticas  fueran necesarias (como si se tratase de emboquilles reiterados) pero no es recomendable; ni merece la pena, es demasiado trabajo de gabinete cuando podemos resolverlo en campo con habilidad y a partir de la ST estándar correspondiente. 
• Llegados a este punto es necesario conocer los procesos cíclicos que se producen durante la excavación (avance y destroza - N.A.T.M.) del túnel en mina para saber cuando debemos acometer nuestra labor de control geométrico (ver imagen abajo).

• 1.-   Saneo del frente de excavación, bóveda y hastiales del túnel  mediante martillo rompedor tras efectuar desescombro de la voladura. A parte de perfilar la geometría (previa disposición del sostenimiento) se depuran todos las zonas donde puedan quedar masas rocosas inestables (sobre todo en zona de clave) que no se hayan desprendido (muy peligroso). 

• 2.- Ejecución del sostenimiento del túnel en mina. Sus esfuerzos trabajan en sentido contrario de las convergencias (movimientos/deformación hacia el interior al cambiar el estado tensional del terreno circundante) y ejerce fuerzas radiales hasta llegar aun nuevo equilibrio tras la excavación. Adicionalmente evita que se pierdan (incluso mejora) las propiedades resistentes del terreno, protege en el caso de posibles desprendimientos rocosos, caída de cuñas/bloques. Los elementos mas comúnmente utilizados (dependiendo de si se trata de un caso convencional o no) como sostenimiento primario suele ser sucesiones de cerchas (tipo TH, HEB, reticuladas) unidas por espadines/pasadores, posteriormente se proyecta hormigón con fibras metálicas (gunita) sobre todo el conjunto (lecho rocoso + cerchas) y finalmente se perforan e instalan bulones (autoperforantes, fibra de vidrio, swellex) que trabajan de forma pasiva cohesionando el terreno (cosen juntas y confinan el macizo rocoso).

• 3.- Comprobación/chequeo topográfico del frente de excavación. Hemos de testear la disposición espacial correcta del sostenimiento anterior instalado verificando las cerchas y gunitados (visando a las zonas perimetrales mas hacia centro del túnel --> constatar que no se introducen en la geometría de la capa del revestimiento y sea necesario "destajar") a partir de la sección tipo definida para el PK en cuestión. Nos apoyaremos en lecturas radiales de la excavación y dejaremos referencia planimétrica en hastiales de distancia exterior a pata de cercha, centro túnel en clave (u otros) y altimétrica de -1 m a cota de avance/destroza --> a parte de chequear otros puntos que nos comente el encargado/operarios del lugar (mas tarde nos extenderemos en este apartado).

• 4.- Replanteo y perforación del esquema de tiro. Se trata de la disposición en el frente del túnel de los taladros a perforar, la carga de explosivo y el orden en el que se hace detonar cada barreno (por zonas: Cuele, Contracuele, Destroza, Zapateras y Contorno). La longitud de la pega ha de ser un 5-10% mayor que el avance, longitud que se quiere avanzar (de 1 a 4 metros), en función de la calidad de la roca. El Jumbo trabaja en modo navegación, situado perpendicular al avance del túnel en pk localizado y orientado apoyándose en la geometría definida hasta el momento. Normalmente es ya la maquinaria de perforación quien lleva incorporados los diagramas geométricos de perforación necesarios (ver software Tunnel Manager de Atlas Copco). De vez en cuando debe realizarse un levantamiento de las perforaciones realizadas antes de la carga para verificar su corrección.

• 5.- Carga de Barrenos y Explosión/Pega. Método como anteriormente hemos comentado que se utiliza para túneles en roca, única posibilidad cuando los estratos son muy abrasivos y resistentes. Una vez taladrado el frente según el plan de tiro se cargan los taladros con explosivos y se detonan. La energía en forma  de  gases  y  vibración  pulveriza  la  roca (a grosso modo). En zonas cercanas al emboquille suelen disponerse pantallas/mantas antiproyecciones. El explosivo suele almacenarse en minipolvorines cerca de las bocas del túnel. Son los artilleros los encargados de realizar la labor de carga y voladura. Cuando la calidad de la roca es muy buena se aligeran los sostenimientos (solo gunita) y los pases (hasta 3-4 por día) suelen ser mas largos con mayor cantidad de explosivo (hasta 5-6 m de avance por voladura). Es alucinante experimentar (incluso a 150 m y protegido junto al emboquille) las vibraciones/ruido y fuerza expansiva de la voladura (no es un juego dá respeto --> doy fe de ello).

• 6.- Ventilación y desescombro. Una vez producida la explosión hemos de esperar que los gases de la misma salgan/sean expulsados por los mecanismos extractores  (se trata de verdaderas turbinas de aspiración). Antes de la instalar la ventilación (cuando el frente está cercano al emboquille) se puede apreciar como sale un humo negro por la clave en la zona de la visera (muy tóxico). Posteriormente accede una pala cargadora de grandes dimensiones y los camiones/bañeras para la limpieza de todo el material rocoso arrancado por los explosivos. Esta fase es peligrosa ya que en ocasiones puede quedar algún barreno o parte de ellos sin volar (cuando se remueve el material pueden explotar y provocar alguna desgracia -- proyecciones de rocas --de echo en uno de los túneles hubo un accidente por este motivo -- 3 meses de baja para el operario --> dando gracias ¡¡¡).

• El ciclo volvería a empezar tras el desescombro con el punto 1 (saneo del frente de excavación) sucediendo de igual modo en avance y destroza (este último más rápido)
• Realmente me doy cuenta que hay mucho que contar sobre este tema. Era imperativo para que se entienda nuestra labor en estas obras lineales contar un poco todas estas "nociones" del funcionamiento de la excavación de los túneles en mina por este método; al menos de una manera superficial, para que posteriormente nos centremos en las tareas topográficas del día a día de forma detallada: 

1. Poligonales interiores principales de orientación del túnel (monumentación y observación)
2. Bases/puntos destacados orientación/estacionamiento (material auxiliar empleado).
3. Guiado auxiliar (permanente) y expedito  del trazado del túnel.
4. Error en el cale.
5. Medida de convergencias.
6. Replanteo de elementos (cerchas, contrabóvedas, impermeabilizaciones, aceras, revestimientos, falsos túneles).
7. Levantamientos/escaneado del túnel y oficina técnica (que software usar y cómo).

• En la siguiente entrega de esta temática nos centraremos en los puntos anteriores: todas esas cosas que no explican los libros y que sólo se pueden asimilar con la experiencia en casos reales (porque al final toda la documentación dice lo mismo y nadie cuenta los entresijos).
• Hasta la próxima.
• By Rah.