Obras Subterráneas: Métodos de Sostenimiento

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De acuerdo con el tipo y requerimientos de la obra, las características del terreno y el método de construcción elegidos, se justificará la seguridad de la obra subterránea durante la construcción, frente a las diferentes formas posibles de inestabilidad que puedan presentarse.

Una de las primeras cosas que se han de definir en el tipo de sostenimiento, y si es el caso, su revestimiento, que responda a las diversas circunstancias previsibles del terreno y de la profundidad o situación de la obra.

Si la consecución del sostenimiento tiene lugar en diferentes etapas (desfases entre excavación y dispositivos del sostenimiento), se justificará también la estabilidad en todas las fases intermedias.

También se contemplará la seguridad frente a eventuales desprendimientos de bloques.

El riesgo de desprendimiento de materiales por la gravedad que entraña, merece una especial atención, ya que un accidente de este tipo puede dar lugar a graves consecuencias. El que en un tajo o frente de la excavación exista mayor o menor riesgo de desprendimiento de materiales, en muchas ocasiones, viene determinado por el método o sistema empleado en la explotación de la obra.

En ocasiones, y a pesar de haber elegido el método de ejecución adecuado, basándose en los conocimientos previos del terreno, este presenta problemas difíciles de solventar. En estos casos una solución es el cambio del sistema de ejecución.

Pero no en todos los casos el cambiar de sistema es una solución a las dificultades surgidas, ya que las condiciones del terreno por las que atraviesa la traza del túnel no ofrecen la resistencia requerida para la aplicación de otro método determinado de excavación.

En el caso de que existan edificaciones o instalaciones industriales próximas, será preceptivo un estudio que demuestre la inocuidad en aquellas de los movimientos originados por la obra.

Para que la obra se realice con las máximas garantías de Seguridad, existen dos soluciones frente al riesgo de desprendimientos:

  • Mejora de las condiciones del terreno
  • Medios de sostenimiento.

Contenido

Mejora de las condiciones de resistencia del terreno

Los sistemas empleados para la mejora de las condiciones de resistencia del terreno son:

Consolidación

La consolidación se emplea cuando se trata de mejorar la resistencia del medio que va a excavarse.

Para aumentar la resistencia del terreno existen dos formas:

  • Inyección
  • Congelación

Inyección

La inyección consiste en llenarlos huecos de una roca, suelo o cualquier otro medio, con un medio acuoso a presión, el cual fragua después de un cierto tiempo, proporcionando a la roca una mayor resistencia, y en zonas donde exista presencia de agua, mayor impermeabilidad.

El procedimiento para llevar a cabo este sistema es el siguiente:

Se va consolidando una longitud determinada de la traza del túnel, que posteriormente es excavada y hormigonada. Estas operaciones de inyección se realizan desde el interior del último anillo hormigonado. Para evitar que el frente de la excavación no se desprenda, hay que dejar en cada etapa, una zona de solapa ya inyectada en la etapa anterior.

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Congelación

El sistema consiste en aislar la sección por la cual transcurre la traza del túnel, mediante la congelación del terreno circundante, de manera que forme un muro resistente, mientras duran los trabajos de excavación y hormigonado.

Este método sólo puede ser aplicado en terrenos saturados o con un elevado grado de humedad.

Puede ser empleado tanto en suelos como en rocas fisuradas, aunque en este último caso sólo para fines de impermeabilización.

Uno de los métodos para hacer descender la temperatura del suelo que rodea cada sonda es a través de un circuito formado por una serie de sondas, se hace circular en su fase líquida y a elevada presión un fluido refrigerante (nitrógeno o anhídrido carbónico) que al volver a su fase gaseosa, el calor que precisa lo toma del material que rodea el circuito: el suelo.

La pared congelada debe ser lo suficiente ancha para poder resistir el empuje del terreno.

Impermeabilización

En ocasiones la presencia de agua hace imposible la excavación de un túnel. En este caso, una de las soluciones a adoptar seria la impermeabilización del terreno, siempre que el trazado del túnel no pueda ser desviado.

La impermeabilización puede llevarse a cabo mediante la Inyección. Consiste en inyectar en el suelo, a través de bulones, un material acuoso a presión que, al fraguar y solidificarse, tiene la misión de tapar todos los poros y huecos y haga imposible el paso del agua.

El producto utilizado para la impermeabilización no tiene, necesariamente, que cumplir las funciones de consolidación ya que su finalidad es únicamente la de impedir el paso del agua. No obstante en muchas ocasiones deberá cumplir ambos requisitos; impermeabilización y consolidación.

En este caso, como la finalidad de la inyección es la de impermeabilización, ésta se ha de realizar circunscribiendo el perímetro del túnel, de forma que, no sólo impermeabilice la zona comprendida por la bóveda, sino también los hastiales y el piso o solera.

Drenaje

Las características de este sistema son idénticas a las de los sistemas antes descritos; mejorar las condiciones de trabajo eliminando el agua que fluye al túnel.

El túnel en sí, ya es un sistema de drenaje al que fluyen las aguas del terreno o zona que atraviesa la traza del túnel, dificultando las tareas de excavación y facilitando el desprendimiento de materiales, piedras o cascotes que en un principio poseen una gran solidez y no presentan un riesgo de desprendimiento. Sin embargo con el paso del agua por fisuras y huecos, arrastran consigo las pequeñas partículas que permitían a la piedra mantenerse adherida al muro que al eliminarse, provoca el riesgo de desprendimiento.

La finalidad de emplear el sistema de drenaje es la de evitar que el agua fluya al túnel.

El drenaje puede realizarse de la forma siguiente:

Paralelamente a la traza del túnel se construye una serie de pozos, cuya profundidad será unos metros por debajo del piso del túnel. La construcción de estos pozos se adelantará al frente de la excavación, de tal forma que la extracción del agua se efectúe unos metros por delante del frente y unos metros por detrás de la zona hormigonada.

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Medios de sostenimiento mediante entibación

Bulonado

Un bulón es una barra de acero que se introduce en un orificio perforado en la roca, y que lleva en el extremo que se introduce en la roca, un mecanismo o pieza que permite sea anclada firmemente a la masa rocosa.

El extremo de la barra que sobresale de la roca, se fija mediante un tornillo a una placa de reparto contra la superficie de la roca. La finalidad del bulonado es la de armar una zona de la roca, y por tanto, mejorar sus características de resistencia alrededor de una excavación.

La colocación de bulones en un túnel se realiza una vez ha sido excavada una longitud determinada del mismo. Esta longitud depende de las características geológicas del terreno. Por otro lado, el bulonado debe realizarse sin dejar pasar mucho tiempo después de la excavación, o sea, antes de que la roca inicie su relajación.

Distribución de bulones en un túnel

Entibación metálica

Este sistema consiste en ir colocando unos arcos metálicos, unidos entre sí por medio de grapas, simultáneamente a la excavación.

La distancia a la que se colocan estas cerchas, viene determinada por la consistencia del terreno, normalmente entre 0,5 y 1,5 metros. Estas cerchas cuando están muy separadas, suelen colocarse entre ellas un recubrimiento de madera o chapas metálicas que conforma el encofrado.

Entibación metálica
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Entibación en paraguas

En ocasiones nos podemos encontrar, en algunos tramos del túnel, con materiales muy deteriorados, que dificultan la labor de excavación y con gran riesgo para las personas que lo ejecutan, aun utilizando métodos de excavación adecuados.

Una solución a este problema puede ser, además de la inyección descrita anteriormente, la entibación en paraguas.

El sistema consiste en entibar la bóveda de la galería previamente a su excavación. El método seguido para efectuar esta entibación es el siguiente:

Se introducen en el frente de la excavación unos tubos metálicos distribuidos de manera que conformen la bóveda del túnel, en dirección paralela al eje del túnel y uniformemente distribuidos en el contorno de la bóveda que se va a excavar. A continuación se procede a la excavación y avance de la galería siendo sostenido el terreno por los tubos y un sistema de cerchas que se van disponiendo a medida que progresa la excavación.

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