TUNELES

PONTIFICIA UNIVERSIDAD JAVERIANA

TÚNELES VIALES

1. ENFOQUE Jorge Puerto Garzón Ingeniero Civil, Ph.D.

1.1 DEFINICIONES 1.1.1

Obras subterráneas

Toda construcción realizada por el hombre en el interior de la tierra con el fin de suplir alguna de sus necesidades se denomina obra subterránea. En desarrollo de esta actividad de ingeniería, bajo la superficie terrestre se han practicado excavaciones para extracción de minerales, conducción de aguas, vías de comunicación, sistemas de transporte masivo, depósitos de combustible, industrias, parqueaderos, instalaciones energéticas, botaderos radioactivos, estadios, catedrales, refugios, hangares de aviación y otros objetivos. Dependiendo de su destinación, las obras o bras subterráneas se pueden construir de diversas formas y magnitudes, destacándose como más comunes las denominadas bajo los nombres de cavernas o cámaras, pozos y túneles. •

Cavernas o cámaras: Son excavaciones en general de grandes proporciones, realizadas para fines mineros, casas de máquinas, depósitos de combustibles, refugios, estadios, estaciones de Metro y otros fines. Se caracterizan porque sus dimensiones conforman un espacio grande de magnitudes más o menos similares en todas las direcciones. Estas obras subterráneas pueden conformarse mediante excavación directa de los materiales térreos o por disolución con agua si éstos son sensibles a la remoción por actividad hídrica. Un ejemplo típico de la construcción de cavernas por medios hídricos lo constituye la explotación de sal mediante disolución. Para este efecto, en el yacimiento de sal se perfora un sondeo de la profundidad proyectada (100-600 m o más). En ese sondeo se instala una tubería, por la cual se inyecta a profundidad agua limpia a presión, la cual en su retorno a superficie por el exterior de la tubería, ejerce labor de disolución y lavado de las paredes del sondeo en un tramo predeterminado. En ese tramo, paulatinamente se va conformando una caverna, la cual, en el curso de años va ampliando sus dimensiones. Especial significado tiene la Caverna Olimpica de Gjovic (Figura 1), construida en Noruega para la celebración de los Juegos Olimpicos de Invierno de 1994 1. Esta impresionante obra, cuya construcción se inició en 1991, con un ancho de 61 m, longitud de 91 m y altura de 25 m, alberga un estadio y una piscina con todas sus comodidades, para 5.000 espectadores. Anteriormente, en 1975 ya había sido construida la piscina subterránea.

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Pozos: Son obras subterráneas lineales en las que la dimensión longitudinal supera ampliamente la magnitud de la sección transversal y la posición de su eje es vertical o próximo a esta dirección. Dada su naturaleza, esta obra tiene la boca superior con salida a superficie u otra excavación subterránea, mientras la parte inferior puede ser ciega o desembocar en un túnel o caverna.

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Juncá U. J. – Estética e Integración en el Entorno de Túneles y Espacios E spacios Subterráneos para uso Público. Manual de Túneles y Obras Subterráneas. Editor López Jimeno. Cap. 29. Entorno Gráfico, Madrid, 1997, Pags. 939-985.

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Figura 1 – Caverna olímpica de Gjovic, (Juncá, 1997).

Las dimensiones transversales de los pozos son muy variadas y pueden ser desde unos pocos hasta 10 o 20 m, e incluso un poco más, mientras las longitudes se pueden extender desde unos cuantos hasta cientos de metros. En las profundas explotaciones mineras de Suráfrica, las longitudes de los pozos están rondando los 3.0 km. En la Figura 2 se ilustra la excavación de un pozo. Aunque normalmente no se consideran como obras subterráneas, también pertenecen a esta categoría los pozos petroleros, los cuales tienen secciones transversales de diámetros reducidos, generalmente menores de dos metros, con profundidades que alcanzan los 5.0 km e incluso un poco más. •

Túneles: Pertenecen a esta clase las obras subterráneas lineales, construidas en posición horizontal o inclinada. Los túneles pueden tener entrada y salida a superficie o también desembocar por uno o ambos extremos en otras obras subterráneas. También hay túneles que suelen denominarse socavones y solo tienen una salida a superficie mientras el otro extremo es ciego. Las dimensiones transversales de los túneles en general tienen variaciones reducidas, desde unos tres m hasta quizá unos quince m, mientras las longitudes pueden llegar a tener variaciones significativas, desde pocos metros hasta decenas de kilómetros. Cuando la sección transversal de un túnel tiene pequeñas dimensiones y puede ser excavado normalmente por trabajadores que laboran de pie, recibe el nombre de galería. Si el túnel tiene sección tan pequeña, que no puede ser excavado normalmente por trabajadores de pie, recibe el nombre de microtúnel. En este caso la excavación se realiza con maquinaria teledirigida desde el exterior.

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Figura 2 – Excavación de un pozo.

1.1.2

Túneles

Las obras subterráneas más conocidas son los túneles, pues encuentran una gran variedad de aplicaciones en ingeniería, llegando a tal importancia, que su desarrollo ha marcado la evolución y avance de las demás obras subterráneas. Los túneles, dependiendo de su objetivo pueden ser viales, hidráulicos, comunales, mineros y especiales: •

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Túneles viales. Son aquellos que se construyen con destino a carreteras, ferrocarriles, accesos vehiculares o sistemas de trenes metropolitanos. Estos últimos, por tener la característica de construirse en áreas urbanas y generalmente en terrenos blandos, constituyen clase aparte. Para cada objetivo el túnel tiene ciertas particularidades de tipo geométrico y operativo que se manifiestan en su diseño. Túneles hidráulicos. Son construidos para transportar agua, principalmente en hidroeléctricas, abastecimientos, sistemas de riego, navegación, canalización, etc.

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Dependiendo del régimen hidráulico, éstos pueden ser a presión o a flujo libre. En la Fotografía 1 se puede apreciar la desembocadura de un túnel hidráulico a flujo libre.

Fotografía 1 – Desembocadura de túnel de trasvase en el Embalse del Guavio. •

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Túneles comunales. Son túneles construidos principalmente en las ciudades con destino a pasos peatonales, cables, tuberías, etc. Estos túneles en general se construyen en terrenos blandos, bajo vías, casas y edificaciones citadinas, requiriéndose métodos particulares de excavación para evitar daños en las estructuras superficiales. Túneles mineros. Estas son obras subterráneas construidas para acceder a una explotación minera y sirve como vía para transportar materiales extraídos y suministros de explotación. También hay túneles mineros entre diferentes frentes de explotación del yacimiento. En general estos túneles tienen carácter temporal, supeditados al tiempo requerido para explotar los minerales, luego de lo cual la obra se abandona. Túneles especiales. Se construyen con destinación específica y pueden ser para instalar drenajes o equipos, investigar un lugar, realizar pruebas, maniobras militares, alojar bandas transportadoras, etc. Su geometría, método constructivo y estructura se acomoda al objeto del túnel.

Teniendo en cuenta su ubicación respecto a la geografía física del lugar, los túneles pueden ser: •

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En montaña. Cuando la obra se realiza para atravesar un obstáculo montañoso del relieve. Estos túneles se construyen para acortar distancias en las conducciones y vías de comunicación. En plano. Cuando el túnel se construye en terrenos planos, generalmente ubicados en las ciudades, para dar solución a una vía o conducción. Tal es el caso de los túneles para

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Metro, autopistas urbanas, conducciones hidráulicas. En general estas son obras excavadas en suelos. •

Subacuáticos. Se llaman así los túneles que se construyen para salvar el obstáculo de una corriente superficial de agua, tales como un río, canal o estrecho de mar. El túnel subacuatico más largo del mundo, ilustrado en la Figura 3, se construyó en Japón, bajo el estrecho de Tsugaru 2 para unir las islas de Honshu y Hokkaido. Su construcción se inició en 1973 y concluyó en 1983.

Figura 3 – Túnel de Seikan (Juncá, 1997).

Dependiendo de la profundidad, también denominada cobertura o techo, los túneles pueden clasificarse en: •

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Subsuperficiales. Si la cobertura no supera 50 m. En esta clasificación se encuentran todos los túneles construidos en las áreas urbanas. Poco profundos. Si la profundidad se encuentra entre 50 y 200 m. En esta clasificación se encuentra una inmensa cantidad de túneles cortos y medianos construidos en montaña. Medianamente profundos. Cuando la cobertura está entre 200 y 500m. Algunos túneles medianos y largos construidos en montaña se encuentran en este intervalo de profundidades.

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Profundos. Construidos con coberturas de 500 a 1000 m

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Muy Profundos. Cuando las profundidades de construcción superan 1000 m.

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Juncá U. J. – Historia de los Túneles y su Evolución Tecnológica. Manual de Túneles y Obras Subterráneas. Editor López Jimeno. Cap. 1. Entorno Gráfico, Madrid, 1997, Pags. 31-69.

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En relación con la longitud, los túneles pueden clasificarse como: •

Cortos. Si la longitud no supera 500 m.

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Medianos. Si la longitud se encuentra en el rango de 500 a 2000 m.

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Largos. Cuando la longitud tiene entre 2 y 5 km.

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Muy largos. Si la longitud supera 5 km.

Existen otras denominaciones de túneles tales como rural, si éste se ubica por fuera de los centros poblacionales, y urbano, si se excava en una ciudad. También, dependiendo del tipo de material en donde se construye el túnel, éste puede llamarse en roca o en suelo. De otro lado, dependiendo de su geometría transversal los túneles pueden ser circulares, en herradura, en bóveda, rectangulares. En la sección transversal de un túnel se distinguen los siguientes elementos geométricos: •

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Hastíales. Son la parte lateral de la sección. También se les denomina paredes. Pueden ser rectos o curvos. Bóveda. Es la parte superior de la sección. También se le denomina clave. Es curva y solo puede ser plana en túneles de sección rectangular. Solera. Es la parte inferior de la sección. También se le denomina piso. Puede ser recta o curva.

1.2 EVOLUCIÓN DE LAS OBRAS SUBTERRÁNEAS De acuerdo con investigaciones históricas realizadas, la construcción de obras subterráneas es una actividad humana que data desde hace muchos años e incluso se remonta hasta los mismos orígenes de la humanidad. Si nos remontamos a la aparición del hombre sobre la tierra, es evidente que una de sus primeras preocupaciones, producto de su razonamiento, fue la selección de lugares adecuados para protegerse de las inclemencias del tiempo y los animales salvajes. En esa búsqueda, los lugares más seguros resultaron ser las cuevas que ofrecía la madre tierra, en donde indudablemente para hacerlas más habitables, se debían llevar a cabo trabajos de adaptación. No hay duda que aquí estuvo el origen de la ingeniería, cuando el hombre primitivo la creó para dominar el medio natural con el fin de abrirse paso en el mundo donde le correspondió vivir. El túnel más antiguo de que se tenga noticia fue construido en tiempos de Semíramis, hace alrededor de 4000 años, por debajo del Río Eúfrates en la antigua Babilonia (Makovskiy, 19483). Esta obra de 4 x 3.5 m de sección transversal y 900 m de longitud, fue revestida con ladrillo cocido pegado con asfalto y servía para comunicar el Palacio Monárquico con el Templo de Belos, que se encontraba al otro lado del río. La construcción de este túnel, realizada en material blando por el método de trinchera, es evidente que requirió conocimientos de sus ejecutores sobre el tema, razón que conduce a pensar que antes de esta 3

Makovskiy V. L. – Túneles. Proyecto y Construcción. Edit. Academia d Arquitectura de URSS. Moscú, 1947. En ruso. -763 pags.

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monumental construcción debieron haberse realizado otras obras subterráneas, incluso menos complicadas. Sobre este túnel, que se encuentra entre la realidad y el mito, no hay evidencias arqueológicas y solo se conoce de su existencia por los relatos del historiador Diodoro, quien vivió en Grecia un siglo antes de nuestra era, refiriéndose a la obra en los siguientes términos: “Entonces, desviando el río, ella construyó un pasadizo subterráneo desde un palacio hasta el otro; y haciéndolo con ladrillo cocido, ella revistió las cámaras abovedadas en cada extremo con betún caliente, hasta que consiguió que el espesor de éste revestimiento fuera de cuatro codos”.

(Juncá, ob. cit). En la antigua Grecia se merece mencionar el túnel descubierto por arqueólogos en 1882 en la isla de Samos (Mar Egeo), el cual, con longitud de 1.0 km y sección transversal de 1.8 x 1.8 m, fue construido sin revestimiento para atravesar una montaña en el 530 a. C. con el propósito de dar agua a la capital de la isla. Según se dice, este túnel funcionó por cerca de un milenio (Juncá, ob. cit). La obra aparece descrita en los volúmenes del historiador Heródoto, quien vivió en Grecia del 485 al 425 a. C. y escribió sobre el particular lo siguiente: “Por las entrañas de un monte que tiene 150 orgías de altura abrieron una mina o camino subterráneo, al cual hicieron dos bocas o entradas. Empezaron la obra por la parte inferior del monte, y el camino cubierto que allí abrieron tiene de largo siete estadios, ocho pies de alto y otros tantos de ancho.”

Estos son solo un par de casos que se mencionan sobre la actividad humana en obras subterráneas durante la antigüedad, pero hay todavía más relatos históricos que cuentan sobre trabajos bajo tierra realizados en Grecia y el Imperio Romano. Algunas de esas obras tuvieron gran significado en la época, tal como ocurrió con el Túnel de Fucino de 5.0 km de longitud y sección transversal de 3 x 1.8 m, construido en la ciudad de Salvino hacia el año 41 a.C. para suministro de agua, el cual fue considerado en su momento como la obra pública más importante de todos los tiempos. Los túneles en la antigüedad se construían primitivamente, empleando herramientas manuales sencillas, con las que se removían suelos y rocas blandas. Cuando se trataba de excavar rocas duras se cree que recurrían a los cinceles, mazos y palancas para arrancar el material. Después de la caída del Imperio Romano, durante la Edad Media, la construcción de túneles entró en una época de inactividad y las pocas obras que se hicieron tenían escasa importancia, hasta el punto que nadie las menciona. Hacia 1450, antes del descubrimiento de América, se inició la perforación del primer túnel en los Alpes próximos al Mediterráneo, buscando la comunicación más directa entre Niza y Génova. Dicha empresa fue abandonada, luego de haber excavado 2.3 km, debido a las grandes dificultades que se presentaban en su construcción, las cuales incluso paralizaron los trabajos en varias oportunidades durante muchos años (Makovskiy, 1947). En el filo del Renacimiento, hacia 1556, el alemán Georgius Agrícola publica en Europa el libro “De Re Metálica Libri XII”, en el que por primera vez se trata el tema sobre la técnica de la minería, constituyéndose éste en un texto básico de consulta durante los dos siglos siguientes a su publicación. En este libro se ilustra y relata sobre el método de excavar la roca mediante la técnica de calentarla con fuego y luego enfriarla súbitamente con agua o vinagre para producir su agrietamiento, procediendo enseguida a arrancarla con palancas y martillos. Esta técnica es relativamente fácil aplicarla en trabajos superficiales, pero su aplicación en labores subterráneas es prácticamente imposible debido a los gases y altas temperaturas que se 7


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generan, haciendo imposible el acceso al frente de excavación. Así que la excavación de túneles en roca en la antigüedad sigue siendo un misterio y solo se hacen deducciones, algunas más lógicas que otras. Hacia 1600 se empezó a utilizar la pólvora en minería superficial y subterránea. En túneles la pólvora se empleó por primera vez para excavar entre 1679 y 1681 el túnel de Malpas en Langedoc, al sur de Francia, el cual con una longitud de 155 m y sección de 6.5 x 8.0 m fue construido para dar continuidad al Canal de Midi con el que se establecía la navegación fluvial entre el Océano Atlántico y el Mar Mediterráneo. La necesidad de expandir la actividad de navegación, condujo a la construcción de numerosos canales en Europa, los cuales incluían túneles en sus trazados. Es así como a finales del siglo XIX en Francia se contabilizaban 35 túneles de navegación, destacándose el de Decond con 16 m de ancho, mientras en Inglaterra su cantidad era de 50 con una longitud total de 80 km. La última obra de este género es el denominado túnel de Rove, el cual con 7.3 km de longitud y sección de 22 x 15 m, comunica por vía fluvial a Marsella y el Ródano desde 1928, cuando se terminó de construir (Megaw, 1988 4). En 1847 el italiano Sobrero descubre la Nitroglicerina y con base en estos trabajos, en 1867 Alfred Nobel inventa la dinamita, dándose de esta manera a la construcción de túneles uno de los elementos más poderosos para su excavación, el cual en la época moderna todavía se utiliza intensamente con algunas variaciones en su composición. En cuanto a herramientas, la preocupación de los primeros constructores de túneles se encamino hacia la necesidad de perforar huecos para alojar los explosivos (Figura 4). En esta búsqueda, los primeros instrumentos aparecidos correspondieron a perforadoras de rotación, conociéndose como una de las primeras la de Kranner, quien la utilizó manualmente hacia 1845 en Praga (Stack, 19815). Casi al mismo tiempo, hacia 1844 en Estados Unidos, Brunton empleó el aire a presión para los martillos y en 1847 el francés Germain Sommeiller ideó la perforadora de rotopercusión, con la que se dio a la ingeniería de túneles la posibilidad de acelerar los procesos de excavación, y como consecuencia de esto, un aumento importante de los rendimientos. Lo anterior deja en evidencia que hacia mediados del siglo XIX los constructores de túneles ya disponían de elementos fundamentales para la excavación, tales como los explosivos y las perforadoras de rotopercusión, los cuales hoy en día se siguen utilizando, con los mismos principios de invención. Sin lugar a dudas, la construcción moderna de túneles se inició en Los Alpes, surgiendo como una necesidad para mejorar las comunicaciones europeas, las cuales tuvieron un poderoso impulso con la aparición del ferrocarril de tracción animal con rieles de madera en 1805 en Francia, y más tarde, en 1825 con la puesta en marcha en Inglaterra de la primera locomotora de vapor por parte de Stephenson. El primer túnel para ferrocarril se construyó en Terre Noir (Francia) para la línea que comunicaba a Roanne y Andrezieux en 1826, el cual con una longitud de 1.48 km y una sección transversal de 5 x 3 m daba paso al tren traccionado inicialmente por caballos y luego por locomotora de vapor.

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Megaw T. M., Barlett J.V. – Túneles. Volumenes I y II. Trad. del In glés. Noriega Editores, Mexico, 1988. Stack B. – Handbook of Minning and Tunneling Machinery. John Wiley and sons, New York, 1981. -725 pags.

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Figura 4 – Primeras perforadoras utilizadas en túneles (Stack,1981).

Después de éste, la construcción de túneles para ferrocarril se aceleró con especial intensidad, siendo necesario recordar los numerosos pasos subterráneos de las líneas Liverpool Manchester, Londres – Birminghan, París – Turín y otros. Entre 1857 y 1871 se construyó el túnel de Mont–Cenis de 12.8 km y sección de 7.38 x 7.86 m, para la línea férrea París – Turín, famoso porque allí se utilizó por última vez la perforación manual y se empezó a utilizar la perforación con instrumentos de rotopercusión. Entre 1872 y 1881 se perforó el túnel de San Gotardo de 14.9 km y sección de 7.4 x 8.0 m, el cual unió por ferrocarril a Italia con Suiza. De 1898 a 1906 se construyó el primer túnel de Simplón de 19.7 km, donde se presentaron temperaturas en el frente de trabajo hasta de 55.7°C, debido a las grandes profundidades en que se construyó la obra y que alcanzaron 2150 m. La construcción de túneles para ferrocarril no ha encontrado límites para su desarrollo y su máxima intrepidez la ha alcanzado con el túnel de Seikan (Figura 1), el cual con sus casi 54 km unió las dos islas japonesas más importantes mediante una vía de alta velocidad. Este bosquejo histórico no queda completo si no es mencionado el primer túnel bajo el Río Támesis construido en Londres entre Rotherhithe y Wapping de 366 m de longitud, el cual se empezó a construir en 1807 por el ingeniero Robert Vazie, y más tarde continuó Trevithick, quien luego de adelantar una parte mediante una galería para después ampliarla, se vio obligado a abandonar su empresa en la primera etapa, por no poder luchar más contra el terreno blando saturado que irrumpía en el frente en forma de continuas avalanchas. A fines de 1825, el ingeniero francés Marc Isambard Brunel reinicia la construcción del túnel, esta vez en toda la sección transversal, empleando para ello un escudo circular, legalizado por dos patentes concedidas en 1818 (Stack, 1981). Debido a graves inconvenientes generados por las inundaciones y avalanchas, en 1828 el constructor se vio obligado a suspender los trabajos, acosado por los problemas técnicos y las enormes pérdidas económicas. Sin embargo, Brunel reemprendió en 1835 los trabajos con un escudo rectangular más perfeccionado (figura 5),

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terminando la construcción en 1842. Como revestimiento para el túnel utilizó ladrillo pegado con asfalto, en magnitudes hasta de 4 m de espesor.

Figura 5 – Escudo de Marc Brunel (Juncá, 1997)

Después que Brunel inventó el escudo, numerosos investigadores se dieron a la tarea de perfeccionarlo, llegándose ahora a producir máquinas perforadoras de túneles (Tunnel Boring Machine, TBM) altamente automatizadas, sin las cuales no hubiera sido posible la construcción de gigantescas obras tales como los túneles del Canal de la Mancha, los cuales mediante un ferrocarril submarino de 47 km unieron a Inglaterra y Francia. Significativo impulso a la construcción de obras subterráneas lo ha dado la necesidad en las grandes urbes de establecer sistemas de transporte masivo. En este marco, han aparecido los denominados trenes metropolitanos o simplemente “Metros”, los cuales, en su gran mayoría han requerido alojarse bajo tierra para no alterar la vida normal en superficie. El pionero en estos sistemas de transporte urbano es el Metro de Londres, el cual inició la construcción de la primera línea de 3.6 km en 1860 y entró en operación en 1863. Después de éste, empezaron a funcionar otros “metros” del mundo, destacándose el de París, el de Budapest, el de Nueva York, el de Berlín, el de Moscú y otros más. Actualmente existen sistemas de transporte masivos con “Metro” en más de cien ciudades del mundo. 1.3 DESARROLLO DE LOS TÚNELES PARA CARRETERA El desarrollo de los túneles en general ha estado ligado a la construcción de vías, las cuales, dependiendo de los avances de la ciencia y la técnica han tenido diferentes formas. Es así como el primer impulso para la construcción de túneles viales lo dio el sistema de navegación por vías fluviales, luego apareció el ferrocarril con sus grandes necesidades de obras 10


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subterráneas y muy poco después se inició la construcción de “Metros” con sus enormes desarrollos bajo el suelo de las ciudades. Por último, la aparición del automóvil creó la necesidad de construir túneles para carretera con el fin de superar obstáculos montañosos y fluviales. Los túneles para carretera han estado ligados a la solución del problema de ventilación para evacuar el mortífero monóxido de carbono (CO), arrojado por los vehículos de combustión de gasolina. En el siglo XIX se construyeron varios túneles para vehículos de tracción animal, principalmente con el fin de vencer obstáculos fluviales en zonas urbanas y suburbanas. Entre éstos cabe destacar el del Támesis, dado al servicio en 1842 y considerado pionero en los túneles viales, le siguió luego el de Blackwall de 1.361 m, construido en 1897 y el de Rotherhithe de 1482 m, construido en 1908. (Megaw 1988). Todos estas obras se ubican en Inglaterra. En pasos subterráneos para vehículos de motor, es necesario señalar como inicial el Primer Túnel del Elba, de 449 m, construido bajo el río del mismo nombre en Hamburgo (Alemania), dado al servicio en 1911. Luego le siguió el de Liberty en Pittsburg (Estados Unidos), de 1800 m, puesto en operación en 1824. Es indudable que el gran auge que tuvo la industria automotriz en los Estados Unidos a principios del siglo XX, dio a este país posibilidades de ser al pionero en la solución de uno de los problemas más importantes en los túneles de carreteras. Es así como en 1927 fue abierto al tráfico el Túnel de Holland bajo el río Hudson (en realidad son dos túneles unidireccionales), de 2600 m de longitud, donde se estableció por primera vez el sistema de ventilación para la etapa de operación, el cual con algunos retoques funciona satisfactoriamente hasta el presente. Por su magnitud y antiguedad, merece mencionarse el Túnel de Yerbabuena (Figura 6), construido en Estados Unidos en los años 40 del siglo pasado, bajo el terraplén que da acceso al Puente de San Francisco.

Figura 6 – Sección transversal del Túnel de Yerbabuena (Makovskiy, 1947)

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Empujados por el inusitado desarrollo del sistema de transporte en vehículos sobre llantas, a mediados del siglo XX se emprendió la construcción de los grandes túneles para las carreteras Europeas. Entre los túneles importantes más antiguos se encuentra el de Mont-Blanc, construido entre 1959 y 1964. Este túnel une a las ciudades de Chamonix (Francia) y Treves (Italia); con longitud de 11.6 km y pendiente máxima de 2.4%. Los conductos de ventilación están bajo la calzada, con sistema transversal y sin chimeneas (Caramanzana, 1977). La sección transversal del túnel se puede apreciar en la Figura 6. En este túnel ocurrió la mayor tragedia que se ha presentado en túneles de carretera. El 24 de marzo de 1999, al incendiarse un vehículo de carga se originó un incendio que no se pudo controlar, pereciendo 39 personas que se encontraban en vehículos de pasajeros y refugios, quienes fueron atacadas por los gases y las altas temperaturas sin que pudieran escapar para salvarse. El incendio en el túnel, que alcanzó temperaturas hasta de 1000 ºC, duró 2 días, se extendió en una longitud de 600 m, afecto 23 camiones, 9 automóviles y un furgón, resultando impotentes los bomberos con sus poderosos equipos para extinguirlo. (Resumen de informaciones de Internet).

Figura 7 – Sección transversal del Túnel de Mont Blanc (Caramanzana, 1977)

En 1980 se dio al servicio el túnel de San Gotardo para carretera en Suiza, entre las localidades de Goschenen y Airolo, con una longitud de 16.9 km, calzada de 7.80 m y ductos de ventilación en la clave. Este túnel fue por cerca de 20 años el más largo para carretera en el mundo. La ventilación, que es transversal, se provee desde los dos portales y 4 chimeneas. Para evacuación en caso de incendio, existe un túnel paralelo, el cual se comunica con el principal mediante galerías transversales excavadas cada 250 m. A pesar de esto, en un incendio que ocurrió el 24 de octubre de 2001, a sólo 1 km del Portal de Airolo, causado por el choque de dos tractomulas, perecieron 14 personas quienes no pudieron escapar. (Resumen de informaciones de Internet).

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En los túneles para carretera construidos en Europa conviene destacar también el de la carretera Croix – Rousse en Rodano (Francia), de 1.7 km de longitud, importante por su gran sección, pues alberga una calzada de 12 m y dos aceras de 1.25 m. También son importantes los túneles del Gran San Bernardo que enlazan a Italia y Suiza con una longitud de 5.8 km y el de San Bernardino de 6.6 km. Uno de los países que más ha avanzado en la construcción de túneles para carreteras es Noruega, país que posee el 20% de los túneles mayores de 3 km construidos en el orbe (Juncá, 1997). Allí precisamente se tiene el ambicioso proyecto de construcción del túnel de Hareid, el cual se ubicará a una profundidad máxima de 630 m y tendrá una longitud de 13 km bajo un fiordo. También en Noruega se encuentra el túnel para carretera más largo del mundo, ubicado entre Aurland y Laerdal (Figura 8), con una longitud de 24.5 km, el cual mejora sustancialmente la carretera Oslo-Bergen. Este túnel se empezó a construir el 15 de marzo de 1995 y entró en operación el 27 de noviembre del 2000.

Figura 8 – Túnel de Aurland – Laerdal construido en Noruega (Juncá, 1997)

En el Japón son importantes los dos túneles de Kan-Etsu que atraviesan la montaña de Tanigawa con una longitud de 11 km cada uno, donde se pusieron en práctica grandes adelantos en el sistema de ventilación, con una cámara de purificación de aire y reciclaje del mismo mediante eliminación del polvo producido por el humo de los vehículos. 1.4 EXPERIENCIA EN COLOMBIA Aunque parezca inverosímil, la excavación de obras subterráneas en Colombia empezó hace muchos años, desde antes que los europeos pisaran suelo americano. Se sabía que nuestros aborígenes extraían sal de socavones en la Cordillera Oriental, pero lo más sorprendente es que también construían túneles en roca, a juzgar por las evidencias halladas recientemente en el Departamento del Cauca. Allí en las altas montañas de Inza, donde existieron civilizaciones poco estudiadas hasta ahora, se encontraron una serie de excavaciones subterráneas que incluyen cámaras y túneles, en un territorio reducido, construidas en roca de características muy resistentes. No se tiene 13


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información sobre el objetivo de estas obras ni cuando se construyeron. La superficie del contorno devela que su excavación se realizó con cinceles y picas, cuyas huellas alcanzan a observarse en la Fotografía 2.

Fotografía 2 – Túnel precolombino hallado en Inzá (Cauca).

Durante la época colonial el desarrollo en la actividad de obras subterráneas estuvo estancado y solo pudo arrancar en los inicios de su vida independiente. Los primeros trabajos en minería subterránea se iniciaron con la llegada al país de expertos extranjeros en minería, entre los que se destacan el Ingeniero sueco Carlos Segismundo de Greiff, quien desde su llegada en 1826 trabajó en la enseñanza y aplicación de las técnicas europeas de la época (Poveda, 19936). Con excepción de algunos pasos subterráneos de poca magnitud hechos con anterioridad, la construcción de túneles viales en el país se viene realizando desde 1926, cuando el Túnel de La Quiebra, con 3.8 km de longitud, construido para el Ferrocarril Medellín – Puerto Berrío, abrió paso a una actividad de Ingeniería que ha tenido gran significado en el desarrollo nacional. Este túnel, al igual que el ferrocarril, ahora se encuentra abandonado, como bien puede apreciarse en la Fotografía 3. Luego de esta magnífica experiencia y de construir unos cuantos túneles más para ferrocarril, la actividad relacionada con la construcción de obras subterráneas se encaminó hacia la expansión del sector energético y abastecimiento de aguas para las grandes ciudades, siendo necesario destacar aquí los conductos hidráulicos construidos para proyectos como Chingaza, Chivor, Guavio, San Carlos, Calima y otros.

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Poveda R. G. – Ingeniería e Historia de las T écnicas. Tomo IV. Colciencias. Bogotá, 1993. 310 pags.

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Fotografía 3 – Portal oriental del Túnel de La Quiebra (Antioquia).

En el campo de túneles para carreteras, hasta 1995 el desarrollo estaba muy limitado y las pocas obras subterráneas que se ejecutaban eran de corta longitud y de importancia reducida. Los primeros túneles de carretera en el país se construyeron en 1957, en el trayecto Buga – Buenaventura. Después se construyeron otros pasos subterráneos, hasta completar en 1995 una longitud total de aproximadamente 12 km, entre los cuales la máxima longitud pertenecía al Túnel El Polvorín ubicado en la carretera Bogotá – Santa María, el cual tiene 1.65 km de longitud. Después de 1995 la construcción de túneles para carretera se aceleró, de la mano de la ampliación de la red vial y mejoramiento de la que existía. Es así como al concluir el siglo XX la red de túneles para carretera alcanzaba una longitud aproximada de 22 km. Con las necesidades que tiene el país de mejoramiento de su red de carreteras, los proyectos de túneles están en aumento, previéndose que en los primeros 20 años del siglo 21, la longitud en el país alcance una cifra cercana a 80 km de túneles para carretera construidos. El Túnel de Boquerón en la carretera Bogotá – Villavicencio fue el primer túnel del país dotado con ventilación artificial para la etapa de operación. En el año 2000 se concluyó la excavación

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del Túnel de Occidente en la carretera Medellín - Santafé de Antioquia, el cual tiene una longitud de 4605 m y está dotado con sistema de ventilación semitransversal (Fotografía 4). Este túnel entró en operación el 20 de enero de 2006.

Fotografía 4 – Portal San Jerónimo del Túnel de Occidente, donde se aprecia la torre de ventiladores.

Entre los proyectos de túneles carreteros que se han construido después del año 2000 cabe destacar El túnel de Buenavista en la carretera Bogotá – Villavicencio, de 4.6 Km y el Túnel de Sumapaz en la carretera Girardot – Bogotá, de 3.8 km. Actualmente se construye el Túnel de la Línea de 8.6 km. Los proyectos de túneles carreteros en trámite se encuentran en las vías: segunda calzada de Bogotá – Villavicencio; carretera nueva Buga – Buenaventura; Ruta del Sol; carretera Ibagué – Espinal; carretera del Oriente de Medellín; carretera Bucaramanga – Barrancabermeja; Autopistas de La Montaña; carretera Ibagué – Cajamarca; carretera Las Ánimas –Nuquí. En la Tabla 1 se presenta un listado de los túneles para carretera construidos en el país hasta el año 2000, dando algunas características de las obras, con información suministrada por el INV y datos tomados en el sitio. Tabla 1. Túneles para carretera construidos en el país hasta el año 2000.

Carretera Buenaventura -Buga

Denominación

Longitud Año (m.) Construcción

Geología

No. 1

220

1957-1958

Basaltos y diabasas (Kv)

No. 2

130

1957-1958

Basaltos y diabasas (Kv)

Descripción Revestimiento de concreto en los primeros 11.5 m y 15.5 m finales. 193 m no revestidos. Revestimiento de concreto en los primeros 22.5 m y 15.5 m finales. 98 m no revestidos.

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Carretera

Pasto – Mojarras

Bogotá –Santa María

Denominación

TÚNELES VIALES


No. 3

100

1957-1958

No. 4

89

1957-1958

No. 5

482

1957-1958

Peñaliza

208

1972-1973

La Llana

206

1972-1973

Juntas

206

1974-1975

Pozo Azul

289

1974-1975

Infierno

492

1982

Volador

236

1974-1975

Trapiche

91

1974-1975

Ventarrón

615

1974-1975

Salitre

639

1974-1975

Polvorín

1649

1974-1975

Esmeralda

453

1974-1975

Presa

474

1974-1975

Geología

Descripción

Pizarras y filitas Formación Cisneros. Basaltos y diabasas (Kv)

Totalmente revestido en concreto. Totalmente revestido en concreto. Ventilación natural por portales y dos ventanas adicionales. Basaltos y diabasas Revestimiento de concreto en (Kv) los primeros 86 m y 178 m finales. 218 m no revestidos. Revestimiento de concreto Aglomerado volcánico hacia los portales en longitud de 67.4 m. Revestimiento de concreto Andesita fracturada hacia los portales en longitud de 103 m. Areniscas paleozoicas Sostenimiento esporádico. No con algunos niveles revestido de lutita. Areniscas paleozoicas Sostenimiento esporádico. No con algunos niveles revestido de lutita. Sostenimiento continuo con arcos de acero, malla y concreto lanzado. Sin revestimiento adicional. Este Depósito Coluvial. túnel fue destruido en 1997 Areniscas debido a la socavación paleozoicas. producida por la descarga de aguas del Túnel de Tunjita al embalse de Chivor. El túnel se reconstruyó. Areniscas paleozoicas Sostenimiento esporádico. No con algunos niveles revestido de lutita. Areniscas paleozoicas Sostenimiento esporádico. No con algunos niveles revestido de lutita. Areniscas paleozoicas Sostenimiento esporádico. No con algunos niveles revestido de lutita. Areniscas paleozoicas Sostenimiento esporádico. No con algunos niveles revestido de lutita. Areniscas paleozoicas Sostenimiento esporádico. No con algunos niveles revestido de lutita. Areniscas paleozoicas Sostenimiento esporádico. No con algunos niveles revestido de lutita. Areniscas paleozoicas Sostenimiento esporádico. No con algunos niveles revestido de lutita.

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Carretera

Bogotá – Villavicencio

Denominación

Irrá – La Felisa Dabeiba – Mutatá Medellín – Puerto Triunfo

Medellín – Santafé de Antioquia


Pluma de Agua

769

1974-1975

Cascada

490

1974-1975

Moyas

350

1974-1975

Geología Areniscas paleozoicas con algunos niveles de lutita. Areniscas paleozoicas con algunos niveles de lutita. Areniscas paleozoicas con algunos niveles de lutita. Areniscas paleozoicas con algunos niveles de lutita. Areniscas paleozoicas con algunos niveles de lutita.

Muros I

132

1974-1975

Muros II

337

1974-1975

420

1978

Areniscas cretácicas

248

1978

Areniscas cretácicas

185

1997

Arcillolitas

Quebrada blanca I Quebrada Blanca II Bijagual

Altamira – Florencia

TÚNELES VIALES

Boquerón

2325

1997-1999

No. 1

167

1993

No.2

200

1993

No.3

379

1993

No.4

379

1993

No.5

228

1993

Irrá

60

La Llorona

455

Guarne I

273

Guarne II

288

Occidente

4605

Descripción Sostenimiento esporádico. No revestido Sostenimiento esporádico. No revestido Sostenimiento esporádico. No revestido Ventilación natural. Sostenimiento esporádico. No revestido Sostenimiento esporádico. No revestido Sostenimiento esporádico. No revestido Sostenimiento esporádico. No revestido Revestimiento en concreto.

Ventilación artificial tipo longitudinal con dos Rocas sedimentarias ventiladores cada 160 m. constituidas por Sostenimiento continuo con arcillolitas y areniscas arcos de acero, malla, pernos y del Grupo Guadalupe concreto lanzado. Totalmente y Formación Villeta. revestido en concreto. Tres nichos de parqueo. Sostenimiento y revestimiento Rocas ígneas parcial Sostenimiento y revestimiento Rocas ígneas parcial Sostenimiento y revestimiento Rocas ígneas parcial Sostenimiento y revestimiento Rocas ígneas parcial Sostenimiento y revestimiento Rocas ígneas parcial

1995

1999

Neis biotítico foliado

Revestimiento de concreto hacia los portales en longitud de 50 m. La longitud restante no se encuentra revestida. Revestido en concreto lanzado

1998-2001

Cuarzodioritas en una parte y metasedimentos en otra

Ventilación Semitransversal. Hastiales revestidos en concreto. Bóveda revestida en algunos sitios.

Neis biotítico foliado

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TÚNELES VIALES

BIBLIOGRAFIA Juncá U. J. – Estética e Integración en el Entorno de Túneles y Espacios Subterráneos para uso Público. Manual de Túneles y Obras Subterráneas. Editor López Jimeno. Cap. 29. Entorno Gráfico, Madrid, 1997, Pags. 939-985. Juncá U. J. – Historia de los Túneles y su Evolución Tecnológica. Manual de Túneles y Obras Subterráneas. Editor López Jimeno. Cap. 1. Entorno Gráfico, Madrid, 1997, Pags. 31-69. Makovskiy V. L. – Túneles. Proyecto y Construcción. Edit. Academia d Arquitectura de URSS. Moscú, 1947. En ruso. -763 pags. Megaw T. M., Barlett J.V. – Túneles. Volumenes I y II. Trad. del Inglés. Noriega Editores, Mexico, 1988. Poveda R. G. – Ingeniería e Historia de las Técnicas. Tomo IV. Colciencias. Bogotá, 1993. 310 pags. Stack B. – Handbook of Minning and Tunneling Machinery. John Wiley and sons, New York, 1981. -725 pags.

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TUNELES

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