Manual de túneles de carretera
Manual de túneles de carretera
El informe técnico 2016R19ES Túneles de Carretera : Redes complejas subterráneas de carretera refleja las investigaciones realizadas en ejemplos reales de redes complejas subterráneas de carreteras. Un resumen de este informe se presenta a continuación en el Apartado 2.
Las recomendaciones específicas serán publicadas muy pronto en un segundo informe.
La denominación “Redes Complejas Subterráneas de Carretera” se refiere a las siguientes infraestructuras:
Todas estas obras presentan varias características similares:
El objetivo es el de realizar un inventario de este tipo de obras en el mundo, analizarlas, realizar un resumen de las informaciones recogidas y establecer unas recomendaciones previas para los directores de obras, proyectistas y explotadores.
La recogida de información no es exhaustiva y los resúmenes no son una base de datos de carácter científico. Sin embargo, recogen enseñanzas pertinentes e interesantes. Por motivos operativos, la recogida de información únicamente se realizó en los países de los miembros del grupo de trabajo o en países con los que tienen activa relación.
La metodología aplicada es la siguiente:
Debido al muy importante volumen de información recogida (más de 600 páginas) no se ha planteado realizar una publicación exhaustiva de toda ella. El grupo de trabajo prefirió:
Se analizaron veintisiete “conjuntos de túneles”, cuya lista se detalla en el Apartado 2.5. Varios de ellos se componen de 2 y 4 túneles. En total se analizaron 41 túneles individuales,
A continuación se detalla la distribución geográfica de las obras analizadas.
En el análisis de la muestra se observa que mayoritariamente corresponden a túneles europeos. Esto es debido a:
Las principales informaciones de síntesis detalladas en el informe se refieren a:
Del análisis de la información se han establecido unas recomendaciones previas que serán publicadas de forma más detallada en la Parte B del informe, a final del ciclo 2016-2019.
Estas recomendaciones previas, desarrolladas en el Capítulo 11 - Situación actual, comentarios y recomendaciones preliminares tratan los siguientes temas:
a - Geometría
Las redes subterráneas de carretera se ubican principalmente en zonas urbanas y su proyecto (principalmente el trazado) está sometido a numerosas exigencias.
Las condiciones geométricas son a menudo motivo de accidentes: trazado sinuoso, visibilidad insuficiente en las zonas de entrada y salida, características insuficientes en las salidas o zonas de incorporación, malas condiciones de conexión de los ramales de salida a la carretera de superficie que provocan congestiones en el túnel principal, etc.
Se recomienda para el estudio del trazado:
Según las encuestas, el 80% de los túneles analizados prohíben el tráfico de los vehículos de más de 3,5 toneladas (o en su caso 12 toneladas), pero no se tiene en cuenta este criterio en la redacción del proyecto a la hora de determinar la anchura de los carriles y el gálibo vertical.
Análisis realizados en el marco de proyectos recientes resaltan que en el caso de túneles que prohíben el tráfico de vehículos pesados, la reducción de dimensiones permite ahorros sustanciales (de entre el 20 % y el 30% según las características).
Se recomienda realizar, al inicio del proyecto, estudios detallados relativos a la “función” del túnel, a las condiciones de circulación (volumen y tipo de vehículos) y a las posibilidades económicas y tipo de financiación, con el fin de considerar la posibilidad de optar por una sección transversal con características geométricas reducidas que permita optimizar el proyecto desde el punto de vista económico sin reducir el nivel de servicio ni las condiciones de seguridad.
c - Ventilación
Las redes subterráneas de carreteras generalmente están sometidas a un intenso tráfico. Las congestiones son frecuentes y existen probabilidades muy altas y recurrentes de que se formen atascos. El sistema de ventilación debe adaptarse a estas circunstancias, apoyarse en un análisis detallado de riesgos y peligros y considerar la existencia de atascos.
Un sistema de “pura” ventilación longitudinal raras veces es una solución adecuada para cumplir con todos los criterios de seguridad, sobre todo si se produce un incendio aguas arriba de una congestión de tráfico o de un atasco. La ventilación longitudinal implica la presencia de humos desestratificados aguas abajo del foco del incendio, lo que es peligroso para los usuarios en caso de atasco en esa zona.
Resulta muchas veces imprescindible añadir un conducto de extracción de humos o elegir un sistema de ventilación transversal o semi-transversal, en el caso de no existir otra solución para reducir el peligro o que ésta no se considere realista y fiable.
También es necesario establecer dispositivos para independizar los distintos ramales, con el fin de poder controlar la propagación del humo en caso de incendio.
Hay que analizar con mucho detalle los riesgos inherentes al tránsito de vehículos de mercancías peligrosas en un túnel urbano con mucho tráfico ya que ningún sistema de ventilación es capaz de reducir de forma significativa los efectos de un incendio importante de materias peligrosas con semejantes condiciones de circulación.
d - Lucha contra incendios
Hace falta analizar, en condiciones normales de tráfico y en horas punta, los plazos necesarios para que los equipos de intervención se desplacen desde su centro a la zona del incendio con el fin de detectar la eventualidad de disponer de equipos de primera intervención cerca del túnel.
La tasa de renovación del personal en los equipos de bomberos es bastante elevada en zona urbana y sus intervenciones no son muy frecuentes, por lo que es imprescindible elaborar herramientas que permitan proporcionarle una formación y entrenamiento permanentes. Un modelo virtual 3D de red junto a un simulador podrían resultar unas herramientas pertinentes, atractivas y eficaces.
e - Señalización
Es fundamental garantizar una buena visibilidad de las bifurcaciones de salida y una señalización perfectamente legible con el fin de reducir los riesgos de accidente en los ramales.
La ubicación de los enlaces, de los ramales de entrada y salida y el diseño de la señalización deben analizarse en las etapas anteriores a los estudios de trazado.
f - Medioambiente
La contaminación atmosférica es el punto más sensible y muchas veces tanto las colectividades locales como los habitantes de la zona solicitan con mucha insistencia la instalación de sistemas para tratar el aire del túnel previamente a su extracción.
Por tanto, la decisión de colocar sistemas de tratamiento del aire suele ser una decisión política, más que racional o técnica. De todos modos, antes de cualquier decisión, es necesario:
g – Condiciones de circulación – gestión del tráfico
Las conexiones entre los ramales de salida y la red de superficie deben disponer de equipos que permitan supervisar y gestionar el tráfico en tiempo real con el fin de reducir las congestiones de tráfico en los túneles y de mejorar la seguridad en caso de incidente que requiera una rápida evacuación de los usuarios.
h – Explotación
En general, existe una coordinación entre los explotadores de las infraestructuras que están conectadas, pero muchas veces es imprescindible especificar la situación y el papel de cada uno de ellos especialmente en caso de congestión y de incendio, mediante la elaboración de procedimientos conjuntos y la definición de las prioridades entre las distintas infraestructuras y el tráfico en cada una de ellas.
A continuación se adjunta una tabla de las obras analizadas, cuyas fichas pueden consultarse en el Multimedia Kit debajo de la página Las señaladas en color ámbar están en curso y en breve estarán disponibles on-line.
| Continentes | Países | Ciudades | Nombres de los “conjuntos de túneles” | Anejos |
|---|---|---|---|---|
| Asia | China (CHN) | Changsha | Túnel de carretera de Yingpan | 1-1 |
| Chongqing | Túnel Jiefangbei | 1-5 | ||
| Japón (J) | Tokio | Chiyoda | 1-2 | |
| Yamate | 1-3 | |||
| Corea del Sur (ROK) | Seúl | Shinlim-Bongchun y Shinlim-2 | 1-4 | |
| Europa | Austria (A) | Viena | Kaisermühlen | 2-1 |
| Bélgica (B) | Bruselas | Léopold II | 2-2 | |
| Belliard | 2-3 | |||
| República Checa (CZ) | Praga | Conjunto de túneles Blanka (3 túneles) | 2-4 | |
| Mrazovka y Strahov | 2-5 | |||
| Finlandia (FIN) | Helsinki | Galería de servicio KEHU | 2-6 | |
| Francia (F) | Annecy | Courier | 2-7 | |
| Isla-de-Francia | Duplex A 86 | 2-8 | ||
| Lyon | Croix-Rousse (de carretera y multimodal) | 2-9 | ||
| Paris La Défense | Voie des Bâtisseurs | 2-10 | ||
| Enlace de autopista A14/A86 | 2-11 | |||
| Alemania | Düsseldorf | Túnel Kö-Bogen | 2-21 | |
| Italia (I) | Valsassina | Túnelde Valsassina | 2-12 | |
| Mónaco (MC) | Mónaco | Túnel debajo de la Roca (2 túneles en « Y ») | 2-13 | |
| Noruega (N) | Oslo | Túnel de la Opéra | 2-14 | |
| Tromso | 3 túneles interconectados | 2-15 | ||
|
España (E)
|
Madrid | M30 By-pass Sud | 2-16 | |
| M30 Rio | 2-17 | |||
| Túnel de Azca | 2-22 | |||
| Túnel Distribuidor de las Cuatro Torres | 2-23 | |||
| Suecia (S) | Estocolmo | Periférico – tramo Norte | 2-18 | |
| Periférico – tramo Sur | 2-19 | |||
| Países Bajos (NL) | La Haya | Túnel de Sijtwende (3 túneles seguidos) | 2-20 | |
|
Norteamérica
|
Canadá / Quebec (CND / QC) | Montreal | Túneles Ville-Marie y Viger | 3-1 |
| Estados Unidos (USA) | Boston | Boston artery | 3-2 | |
| Seattle | Interstate 90 - Túnel Mt Baker | 3-3 | ||
| Túnel de la SR-99 del Alaskan Way Viaduct | 3-4 | |||
| Oceania | Australia (AUS) | Brisbane | Túnel de M7 Clem Jones (CLEM7) | 4-1 |
Las “redes subterráneas de carretera” son unos “sistemas complejos”. Les afectan todas las recomendaciones detalladas en las 5 primeras páginas del capítulo "Aspectos generales", sin embargo algunos de los “subconjuntos” y “parámetros” en la página "El Túnel: un sistema complejo" tienen más importancia. Las “interacciones entre parámetros” (ver el Apartado 2.2) también suelen ser más amplias y mucho más complejas.
Algunas de las características más importantes indicadas anteriormente deben completarse con lo que se señala a continuación:
Este término incluye el trazado en planta, el perfil longitudinal y la implantación de los enlaces y la de los ramales de entrada y salida. Las recomendaciones del Apartado 1 de la página "Proyecto general del túnel" deben completarse con los siguientes elementos:
a – Ocupación del suelo
La ocupación del suelo se refiere a la de la superficie al aire libre (carreteras, edificios varios, parques y zonas de protección, etc.) y a la del volumen del espacio subterráneo (infraestructuras subterráneas: metros, aparcamientos, redes varias, cimentaciones de edificios, etc.)
Existen numerosas conexiones entre el espacio subterráneo y la superficie: pozos de ventilación, ramales de entradas y salidas, galerías de evacuación, accesos intermedios para los servicios de emergencia, ...
Las exigencias de ocupación del suelo en superficie y en subterráneo no siempre resultan compatibles en un lugar determinado y obligan muchas veces a separar las obras de superficie de las subterráneas, lo que puede dar lugar a pozos inclinados o a galerías que conectan con pozos verticales alejados del trazado.
b - Geología, geotécnia e hidrología
Las condiciones geológicas, geotécnicas e hidrológicas influyen de forma importante en el trazado y en el perfil longitudinal, principalmente en lo que se refiere a riesgos de asientos y a la posibilidad de librar en trinchera las construcciones existentes, en superficie o subterráneas, según los procedimientos de construcción elegidos.
Estas condiciones pueden influir en la ubicación de los enlaces. Por ejemplo en el caso de terrenos blandos bajo el nivel freático, la ejecución de sobreanchos en la sección transversal en las zonas de bifurcación o de convergencia de los ramales puede implicar que sea necesario realizar trabajos desde la superficie (pozos de grandes dimensiones, tratamiento y consolidación de suelos) que requieren plataformas provisionales en superficie. La ubicación de los enlaces subterráneos también tiene que tener en cuenta la ocupación del suelo en superficie.
c – Funcionalidades a garantizar – tráfico
La funcionalidad del trazado afecta principalmente a las zonas en las que son necesarios enlaces con los viales de superficie y a veces con otras infraestructuras subterráneas. Determina la ubicación de las bocas del túnel, la de las entradas y salidas de los ramales y la de los enlaces.
La localización de los enlaces también está vinculada con la intensidad de tráfico en la red subterránea y con el número de entradas y salidas. Se debe tener en cuenta la capacidad de absorber el tráfico en la red de superficie y el acondicionamiento en los puntos de conexión con el fin de evitar congestiones en el túnel, un aumento de los accidentes de ellas derivados e importantes riesgos en caso de incendio en el túnel.
d – Seguridad – riesgos de accidente
El análisis de las redes existentes muestra que muchos accidentes ocurren en zonas con geometría demasiado sinuosa, con pendientes demasiado fuertes o visibilidad insuficiente en los puntos de bifurcación o de convergencia de los ramales.
Estos condicionantes se deben tener en cuenta desde el primer momento de la redacción del proyecto para la definición del trazado en planta y del perfil longitudinal de una nueva red.
e – Procedimientos de construcción - plazos
El procedimiento de construcción influye directamente en el trazado en planta y en el perfil longitudinal y viceversa. También depende mucho de las condiciones geológicas, geotécnicas e hidrológicas.
El procedimiento de construcción puede influir de forma importante en la elección de la ubicación de las bocas del túnel, especialmente en el caso de utilizar un escudo, ya que necesita importantes zonas acondicionadas en la boca de inicio de los trabajos, tanto para montar la tuneladora como para el conjunto de las imprescindibles instalaciones de obra (tratamiento del barro, acopio provisional). La excavación del túnel con procedimientos convencionales, si lo permiten las condiciones del terreno, requiere menos instalaciones en las zonas próximas y puede realizarse con zonas acondicionadas más reducidas.
Tratar de reducir los plazos de construcción puede influir en el trazado en planta y en el perfil longitudinal, para permitir, por ejemplo, la realización de frentes intermedios.
f – Condiciones medioambientales
La calidad del aire y el impacto acústico son los principales parámetros en la explotación de la red. Influyen en la ubicación de las bocas del túnel y en la de los pozos de ventilación. Deben ser analizados para definir las instalaciones de ventilación y las disposiciones que pueden ser aplicadas al objeto de reducir el impacto medioambiental.
La ubicación de las bocas, y por tanto la de las instalaciones de obra, debe tener en cuenta el impacto medioambiental según los procedimientos de construcción y los plazos definidos. Por ejemplo, el impacto acústico es más importante en el caso de una excavación por el procedimiento convencional que si se utili-za una tuneladora. Si la boca del túnel se encuentra en una zona sensible los trabajos tendrán que parar por la noche, lo que supone plazos más largos y costes más elevados. Se podría resolver cambiando la ubicación de las bocas o adaptando el trazado.
Los siguientes elementos completan las recomendaciones del Apartado 2 de la página "Proyecto general del túnel":
a – Tipo de tráfico - función
Tal y como se menciona en el Apartado 2.4.b, el tipo de tráfico debe ser objeto de un análisis meticuloso, y tener en cuenta tanto las condiciones iniciales como su evolución en tiempo. Muchas redes subterráneas prohibidas a vehículos pesados (más de 3,5 t o de 12 t según los casos) incluían en su proyecto inicial características estándar de galibo vertical y de anchura de carril que permitieran el paso de cualquier tipo de vehículo.
Es fundamental el análisis de la “función” de la red subterránea y su evolución. Permite una elección óptima de las características geométricas de la sección transversal, gálibo vertical y anchura de los carriles, según el tipo de tráfico.
Respecto al coste de construcción, el ahorro es importante, del orden del 20 % al 30% según las características elegidas. Puede incluso permitir la ejecución de algún proyecto que si se hubiese estudiado con dimensiones estándar no habría sido posible llevarlo a cabo por su elevado coste.
b – Intensidad de tráfico
La intensidad de tráfico es evidentemente un factor determinante para definir el número de carriles del túnel principal, del de los ramales de los enlaces y el de las entradas y salidas.
Debe tenerse en cuenta para la longitud de los carriles de cambio de velocidad de las entradas y salidas. También debe considerarse el riesgo de congestión en las conexiones de los ramales de salida con la red de superficie y las consecuencias sobre el túnel principal (parte final del atasco), al objeto de determinar si es necesario añadir un carril aguas arriba de la bifurcación del ramal de salida.
c - Ventilación
Los cantones de ventilación integrados en la sección constituyen un factor de dimensionamiento. Por tanto, es necesario realizar análisis previos de “seguridad y peligros” y un predimensionamiento de las instalaciones de ventilación para determinar las características definitivas de la sección transversal funcional. Este enfoque es muchas veces iterativo.
d - Geología – geotecnia – hidrogeología – procedimientos constructivos
Las condiciones geológicas, hidrogeológicas y geotécnicas así como el procedimiento de construcción (a menudo ligado a ellas) tienen una incidencia esencial en la forma y la superficie de la sección transversal. El ejemplo siguiente ilustra esta interacción.
En un terreno blando, situado en la capa freática, se impondrá la utilización de un escudo para construir el túnel principal, por lo que su forma será circular. Pero también existen otras funciones que condicionan la sección transversal:
Las recomendaciones del Apartado 3 de la página "Proyecto general del túnel" se aplican totalmente a las “redes de carreteras subterráneas”. Sin embargo el enfoque de los análisis debe tener en cuenta la complejidad de las redes subterráneas y que pueden influir los siguientes factores:
a - Tráfico
La intensidad de tráfico suele ser más importante y las congestiones mucho más frecuentes. Por tanto, el número de personas a rescatar y evacuar en caso de incidente en el túnel es mucho más elevado.
Las zonas de convergencia o de divergencia de los ramales son puntos sensibles en cuanto a accidentes.
Debe analizarse con mucha cautela la afirmación que a veces se hace desde los primeros momentos del proyecto de que no se producirán atascos de tráfico. Si bien es cierto que es posible regular el tráfico que se incorpora a una red subterránea con el fin de eliminar los riesgos de atasco, ello implica una importante reducción de la capacidad de la obra (respecto al volumen de tráfico), lo que suele ir en contra del objetivo a alcanzar que justifica la construcción. A lo largo del tiempo, las medidas de reducción del tráfico se van suavizando y abandonando para adaptarse a la realidad. Aumenta la probabilidad de producirse atascos repetidos, volviéndose caduco el postulado inicial del proyecto de la red (principalmente en lo que a seguridad y ventilación de incendio se refiere).
b – Evacuación de los usuarios – acceso de los servicios de emergencia
El análisis debe valorar:
c - Ventilación
La instalación de ventilación debe tener en cuenta:
d – Comunicación con los usuarios
Es necesario reforzar la comunicación con los usuarios y adaptarla al importante número de ramales en la red. Tiene que poder diferenciarse entre los distintos ramales, según las necesidades operativas, principalmente en caso de incendio.
Los usuarios deben saber identificar y comunicar su localización dentro de la red, lo que implica la colocación de una señalización específica, de códigos de color, etc.
Respecto a la señalización previa y a la señalización de dirección en los enlaces, se deben tener en cuenta las distancias de visibilidad con respecto a las señales y garantizar que sean legibles.
e – Necesidades propias de la explotación
Las necesidades propias de la explotación (ver Apartado 3.6 de la página "Proyecto general del túnel") deben adaptarse a la complejidad de la red, a la intensidad de tráfico y a las dificultades aumentadas, derivadas de estas condiciones, para realizar intervenciones con tráfico.
Las recomendaciones del Apartado 4 de la página "Proyecto general del túnel" se aplican totalmente a las “redes subterráneas de carreteras”. Sin embargo, el enfoque de los análisis debe tener en cuenta la complejidad de estas redes así como las necesidades o condiciones complementarias mencionadas en el Apartado 3.
Es necesario analizar de forma específica los puntos en común y la coordinación entre los gestores y los explotadores de las redes asociadas o interconectadas, principalmente en las cuestiones relacionadas con la gestión del tráfico, la seguridad (principalmente incendios), las intervenciones de los servicios de emergencia y lucha contra incendio y la evacuación de los usuarios.
Los centros de control deben tener en cuenta todo esto y permitir el traslado de una información conjunta, necesaria a cada gestor, así como, llegado el caso, las “tomas de mando” parciales entre centros. Se debe realizar un análisis global del proyecto de la arquitectura del conjunto de los diferentes centros de control, de sus medios y prestaciones, estudiándose la organización, las responsabilidades, los objetivos y los riesgos, tanto en condiciones normales de explotación como en caso de incidencia, grave o no, que puedan implicar interacciones entre los diferentes subconjuntos de la red, bajo la responsabilidad de cada explotador.
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