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Experiencia en la construccin de Tneles en lneas de Alta Velocidad

- Introduccin y objetivos - 1

Captulo 1.

INTRODUCCIN Y OBJETIVOS

1.1. Introduccin

Salvar la barrera que representa la orografa para poderse comunicar ha supuesto un empeopermanente del hombre a lo largo de su historia. Ya desde tiempos remotos tenemos constanciade que nuestros antepasados excavaban tneles.

El ejemplo ms antiguo del primer tnel del que se tiene constancia gracias a los relatos de

Diodoro de Sicilia, Herodoto y Estrabon, es el tnel de Babilonia, que mando construirSeminaris bajo el ro ufrates, para comunicar el Palacio y el Templo de Belos, en Babilonia,en el ao 2200 a.C. [23]. Otro ejemplo de cmo el hombre ya se las ingeniaba en aquelentonces para minimizar los plazos de excavacin, es el tnel de Ezequas en Jerusaln, caladosobre el ao 700 a.C. En la excavacin del tnel participaron dos equipos que avanzaronsimultneamente desde los dos extremos. El resultado fue un tnel de 450 m para cubrir unadistancia de 300 m, ya que los equipos realizaron numerosos intentos fallidos en direccionesequivocadas. Pero no es hasta el siglo XIX con la aparicin del ferrocarril cuando la excavacinde tneles alcanza su gran apogeo. El tnel de Terre-Noir en Francia, se podra considerarcomo el primer tnel ferroviario del mundo. Terminado en el ao 1826 y con una longitud de1.476 m, se trataba de un camino de carriles traccionado por caballos, que cubra la lnea

Roanne-Andrezieux. Ya en la segunda mitad del siglo XIX, se produce un extraordinarioprogreso en Europa con la construccin de los tres grandes tneles ferroviarios que permitiranatravesar los Alpes, realizando excavaciones que superaban los 10 km, cuando todava losmedios de los que se dispona por aquel entonces eran bastante rudimentarios. El primero encruzar los Alpes fue el tnel de Mont Cenis, que con una longitud de 13,7 km, conecta Francia(por Modane) con Italia (por Bardonecchia). Su construccin prevista para 25 aos, secomplet en slo 14, entre los aos 1857 y 1871, gracias a las innovaciones tcnicas empleadaspor el ingeniero francs Germain Sommeillier, desarrollando la primera mquina perforadorade roca y llegando incluso a utilizar al final del proyecto la recin inventada dinamita. Aosms tarde, en 1882, se abre el tnel ferroviario de Saint Gothard con casi 15 km de longitud enSuiza, tratndose de un solo tubo con dos vas. Construido por el ingeniero suizo Luis Favre entan solo ocho aos. La excavacin comenz por ambas bocas en el ao 1872 y termin en1.880. El tercer tnel ferroviario que complet la triada en la lucha por perforar los Alpes, fueel tnel de Simplon I, entre Suiza e Italia, abierto en el ao 1906 y con una longitud de 19,8km.

Como podemos ver, con el paso del tiempo y el desarrollo de las herramientas y la tcnica, hanpermitido que poco a poco se hayan podido construir tneles cada vez ms largos y de mayoresprestaciones. La construccin de tneles y obras subterrneas, desde el punto de vista de laingeniera, es una actividad que histricamente se inici con las explotaciones mineras. Estaactividad se vio enriquecida con la construccin de los grandes tneles ferroviarios de finales

del siglo XIX, y se ha impulsado actualmente con las grandes obras de ingeniera llevadas acabo en este nuevo siglo XXI.

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Un tnel es una obra lineal subterrnea, o lo que es lo mismo, una perforacin horizontalabierta artificialmente sobre el terreno, cuyo objetivo funcional es el de establecer lacomunicacin ms directa posible entre dos lugares. Su construccin se debe a la necesidad deatravesar un obstculo natural, generalmente macizos montaosos o cursos de agua, fluviales omarinos; o para el aprovechamiento del uso del suelo de zonas urbanas en grandes ciudades.

Existen gran variedad de tipos de tnel, como por ejemplo tneles carreteros, ferroviarios,hidrulicos, tneles o galeras de servicio para gas, telfono, electricidad, etc.

Los tneles son obras de carcter singular respecto al resto del trazado de la red de la cualforman parte. Se trata de obras en que el espacio est limitado a la seccin transversal, suacceso no es posible desde cualquier punto y tienen unas caractersticas fsicas diferentes alresto del trazado. Los tneles son obras que no pueden tener un proyecto tipo, sino que cadauno de ellos es un caso particular que debe estudiarse separadamente. La implantacin en elterreno, caractersticas geomtricas de alzado y perfil, la seccin transversal y los mtodos deconstruccin estn estrechamente ligados a la geologa, tipos de terreno, volumen de trfico,zona rural o urbana, etc.

Tambin podemos encontrar construcciones subterrneas como: redes de alcantarillado, pozos,centrales elctricas o nucleares, depsitos de todo tipo, instalaciones militares e incluso paraservicios comerciales, culturales y sociales como auditorios, palacios de deportes o complejoscomerciales entre otros. Actualmente todo este tipo de construcciones estn en pleno auge yaque una de las ventajas en la construccin de infraestructura subterrnea es que se trata de laobra civil que mejor preserva el valor del paisaje, debido a que reduce los volmenes demovimiento de tierra, evita la contaminacin del nivel fretico, limita el ruido producido en suinterior y reduce los terrenos a expropiar. En definitiva, se trata de la obra de menor impactoambiental.

Los organismos internacionales y los estados, debido a la demanda social, se estn viendoobligados a promover durante este siglo XXI el desarrollo y la relacin de megaproyectos quepermitan establecer conexiones rpidas y seguras entre las distintas reas geogrficas delplaneta, para favorecer la movilidad de las personas y el intercambio de todo tipo demercancas. La construccin de estas grandes vas de comunicacin exigir atravesarimportantes barreras naturales que, durante milenios, no se han podido franquear. En muchoscasos, el modo ms seguro y econmico de salvar estas barreras geogrficas ser la realizacinde importantes obras subterrneas que exigirn el desarrollo de nuevos mtodos deconstruccin ms seguros y eficaces.

1.2. Objetivos del trabajo

Las exigencias que con mayor frecuencia impone la sociedad de cara a la obtencin deelevados estndares de confort y calidad en las vas de comunicacin obligan a que, dada laorografa en la que se encajan y dadas las exigencias de trazado y de reduccin de impactoambiental, aparezca con mayor frecuencia la figura del tnel y que ste sea cada vez de mayorlongitud. Ambos conceptos: Comunicacin y Medio Ambiente, hacen del tnel unelemento imprescindible en la actualidad.

El objetivo principal de esta tesina, es poder ofrecer al lector un documento que le permita

tener una visin ms clara y global del estado actual de los tneles ferroviarios. En especial delos tneles ferroviarios de alta velocidad y de grandes longitudes: los llamados Tneles de Baseque, por sus caractersticas, son los que presentan mayores dificultades.

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Conocer las caractersticas de los distintos tipos de tnel, as como las principales diferenciasentre ellos. Analizar los mtodos de construccin y las medidas de seguridad exigidas. Mostrarlas tcnicas ms innovadoras y las tendencias futuras en diseos, materiales y procesosconstructivos de este tipo de obras, son algunos de los objetivos marcados en este trabajo, as

como conseguir definir una serie de directrices y valores comunes y obtener como resultadounas conclusiones y recomendaciones basadas en la experiencia actual existente que muestrenel camino futuro a seguir en la construccin de este tipo de infraestructuras.

1.3. Diferencias entre tnel y va a cielo abierto

La ventaja principal del tnel es la bsqueda del camino ms corto entre dos puntos: elacortamiento del recorrido. Esto implica un ahorro de tiempo de transporte, un ahorro deenerga y un ahorro del desgaste de los vehculos. Comporta tambin, en la mayora de loscasos una reduccin del desnivel a salvar y de la pendiente mxima, lo que refuerza los ahorros

anteriores. La otra gran ventaja es la de no ocupar la superficie del terreno. Ello puede serdeterminante en vas urbanas. El no ocupar la superficie del terreno suele implicar tambin unafuerte reduccin de la afeccin medioambiental, y generalmente es el tnel la formatcnicamente viable para alcanzar una afeccin mnima compatible con la realizacin de la va.

Como contrapartida, el tnel resulta mucho ms caro que la va a cielo abierto. El coste unitariorelativo entre kilmetro de tnel respecto al de va a cielo abierto y viaducto en desmonte oterrapln, ha evolucionado en las ltimas dcadas, abaratndose aproximadamente a la mitad.Es difcil hablar de costes, pues dependen mucho del terreno y de las circunstancias locales,pero puede afirmarse que la mayor mecanizacin, la reduccin de los coeficientes deignorancia o de exceso de seguridad y el aumento del mercado, son mejoras que han logradoesa reduccin de los costes relativos. Adems, se ha reducido bastante el grado deincertidumbre del coste final. Las mejoras tecnolgicas que han permitido ese abaratamientorelativo del tnel, han propiciado tambin la ampliacin de la seccin mnima para aumentar sucapacidad de trfico, su seguridad y la comodidad de su uso. Esta mejora adems, absorbe partede la reduccin de costes lograda.

1.4. Los distintos tipos de tnel y sus principales funciones

Tanto las funciones de los tneles como sus dimensiones, forma y revestimiento son diversas y

tienen una importancia fundamental a la hora de escoger los mtodos ms apropiados deconstruccin.

En el proyecto y la construccin, los factores importantes que se deben analizar en relacin a lafuncin del tnel son los reflejados en la siguiente tabla.

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FACTORES RELACIONADOS CON LA FUNCIN DE CADA TNEL

LOCALIZACIN

Un tnel puede atravesar una montaa, una colina; estar sumergido; ser urbano ointerurbano.

EL TERRENOBlando, roca dura, homogneo, heterogneo, presencia de agua, etc. Cualquierseleccin que se haga del terreno implica cambios en la geometra, la forma

estructural y el mtodo de construccin.

DIMENSIONES YGEOMETRA

Las del tnel terminado: ancho, altura y longitud, junto con los niveles, pendientes ycurvas, requieren de unos lmites especificados y pueden ofrecer un amplio campode posibilidades dependiendo de la funcin dada al tnel.

FORMA ESTRUCTURALPodr ser: circular, herradura, rectngulo o cualquier otra forma que sea capaz desoportar la carga impuesta y sobre todo que sea funcional.

MTODOS DECONSTRUCCIN

Podr ser: explosivos, maquina excavadora, tuneladoras o tneles prefabricados. Laseleccin del mtodo est limitada no slo por las condiciones del terreno, sinotambin por los recursos disponibles en todos los sentidos.

EQUIPAMIENTOSEl tnel terminado incluye las calzadas o las vas de ferrocarril, iluminacin,ventilacin, acabados decorativos y funcionales, sistemas de seguridad y de control.

Tabla 1.1. Factores relacionados con la funcin de cada tnel. Fuente: elaboracin propia, [18].

Todas estas condiciones se debern tener totalmente en cuenta en la planificacin y diseo delproyecto ya que su modificacin a posteriori comporta problemas en la mayora de los casos.

La red de autopistas y las lneas de alta velocidad requieren de trazados con curvas de grandesradios y pendientes limitadas, obligando a la construccin de gran nmero de tneles, y a vecesde gran longitud. Tambin las conducciones hidrulicas reclaman la construccin de numerosostneles, si bien, con parmetros muy distintos: pequea seccin, curvas de radio pequeo ymnima pendiente.

PRINCIPALES CARACTERSTICAS DIFERENCIADORAS

TrazadosTipos tnel

Radios Pendientessecciones Longitudes

Ferroviario grandes moderadas moderadas grandesCarretero moderados elevadas grandes moderadas

Hidrulico pequeos mnimas pequeas muy grandes

Tabla 1.2. Principales caractersticas diferenciadoras. Fuente: elaboracin propia.

Las distintas caractersticas: geomtricas, estructurales y sobre todo funcionales, hacen que lostneles ferroviarios y carreteros sean mucho ms semejantes y que difieran significativamenterespecto a los tneles hidrulico, especialmente en lo que se refiere a instalaciones auxiliares

(ventilacin, iluminacin, seguridad, sealizacin, sistemas de control, acabados, etc.). Noobstante los mtodos de perforacin que se aplican en los tres casos son prcticamente iguales.

Hay que destacar que las perforaciones de secciones y longitudes de grandes dimensiones o enzonas donde los recubrimientos son extremos (ya sean de carcter inferior o superior), por logeneral resultan ms complicados de realizar y por lo tanto ms caros, aunque el papel msdeterminante en la perforacin lo marcar siempre la calidad del terreno a atravesar.

Los tneles ferroviarios presentan una serie de caractersticas que son comunes a cualquiertnel, relativas principalmente, a los aspectos de proyecto y constructivos. Pero existen otraserie de aspectos caractersticos nicamente de los tneles ferroviarios que les confieren

personalidad propia. En relacin con los equipamientos interiores, sus diferencias sonsustanciales con los de carretera.

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La ventilacin e iluminacin de los tneles de carretera es habitual a partir de determinadascondiciones de su trazado. Generalmente, en el marco ferroviario y para tneles en plena va, laexperiencia pone de manifiesto que, excepto en los casos de tneles de gran longitud cuyotrazado sea curvo o est mal orientado con relacin a los vientos dominantes, no es necesaria laventilacin artificial ya que con el efecto pistn del tren es suficiente. Evidentemente este

problema no existe en el caso de traccin elctrica. La iluminacin de los tneles de ferrocarrilno presenta un carcter permanente en casi ninguna red. En cuanto a los problemas decirculacin de agua en su interior, se adoptan soluciones similares a los tneles de carretera,aunque en estos ltimos las normas son ms estrictas respecto a la exigencia de mantener lasparedes del revestimiento limpias y secas de filtraciones.

Otros aspectos caractersticos de los tneles ferroviarios es que en plena va puede resultarnecesaria la colocacin de seales de aviso de peligro para el hilo de contacto, en el caso detraccin elctrica, y de la construccin de pasos y refugios para la proteccin del personal demantenimiento y facilitar la evacuacin en caso de emergencia.

A pesar de todo lo comentado hasta ahora, la caracterstica ms propia de los tnelesferroviarios, y sin duda la ms importante, es la presencia de efectos aerodinmicos, que sonespecialmente pronunciados en determinados tneles de va simple y durante el cruce de trenesen va doble.

Tipos de tnel ferroviario

Existen diversos tipos de tnel ferroviario. Una diferencia bsica, es que podemos encontrartneles artificiales o falsos tneles (excavados a cielo abierto trinchera o simplementecubiertos), fundamentalmente por motivos econmicos y/o ambientales, y tneles de mina,excavados directamente sobre el macizo rocoso del obstculo msico a franquear.

Otra clasificacin la encontramos en la localizacin de ambos tipos de tnel: tneles urbanos einterurbanos. Los tneles urbanos atraviesan el subsuelo de las ciudades y son necesarios paraque las circulaciones ferroviarias tengan acceso a las terminales, que estn normalmentesituadas en lugares cntricos de las poblaciones. Estos tneles se caracterizan por tener quesoportar un trfico elevado (en especial el de pasajeros y en menor cuanta de mercancas), yaque gran nmero de lneas confluyen en ellos. Tambin se caracterizan por los riesgos desubsidencia y por la posibilidad de afectar a las edificaciones en superficie en la fase deconstruccin. Respecto a los tneles interurbanos podemos encontrar los submarinos y los queatraviesan todo tipo de formaciones montaosas. Podemos encontrar dos tipos de tneles

submarinos: los excavados en mina y los prefabricados. Estos ltimos estn divididos en piezasy se montan en una trinchera dragada en el lecho marino que posteriormente se cubre. Losprincipales problemas que presentan son la elevada presin que soportan y el peligro deinundacin que existe, en especial, en la fase de construccin. Tambin son caractersticos porla gran longitud que tienen que retranquear las bocas para poder alcanzar la cota necesaria parasalvar el obstculo sin recurrir a una pendiente excesiva, esto ocurre sobre todo en los tnelesde mina. Finalmente tenemos los tneles que salvan formaciones montaosas y que podemosdiferenciar tomando como elemento tipolgico la situacin relativa en que se halla el tnelrespecto a la base de la montaa, pudiendo distinguir entre:

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- Tneles de cota:De corta longitud y caractersticos en los trazados de alta montaa.

- Tneles de altitud media:Tienen ya una montera importante, son de longitud media. Aeste tipo de tnel pertenecen la mayora de los tneles existentes construidos en el siglo

pasado.

- Tneles de base:Son los de cota ms baja y los de mayor montera, de ah reciben elnombre ya que atraviesan la montaa por la base (por el valle). Son los que presentanmayores dificultades por su considerable longitud, por las fuertes descompresiones delas rocas y por las elevadas temperaturas.

Figura 1.1.Clasificacin de tneles respecto a la altitud por la que discurren. Fuente: [22].

1.5. La situacin actual del tnel ferroviario

El transporte ferroviario tiene muchos puntos fuertes difcilmente superables por los otrosmodos de transporte terrestre:

1. Posibilidad de velocidades muy elevadas (rcord reciente de 574,8 km/h)[D].2. Posibilidad de grandes cargas (trenes de hasta 70.000 toneladas)[33].3. Inigualable seguridad.4. Muy buen rendimiento energtico.5. Buen rendimiento econmico (segn los recientes estudios en balances sociales).

Estas cinco caractersticas; en especial la primera, que permite con la Alta Velocidad competir

de forma directa, al ferrocarril con el avin en trayectos inferiores a los 700 km y la tercera, quese puede justificar sobradamente comparando los datos de vctimas mortales por accidente decarretera en Espaa (ao 2009): 2.600 personas; con los de vctimas mortales imputables aRENFE, (media anual): 4 personas. Estos datos no dejan duda alguna del elevado grado deriesgo que tiene el circular por carretera.

Todas estas ventajas ofrecidas por el ferrocarril, hacen que hoy se estn construyendo grannmero de nuevas lneas y por lo tanto gran nmero de tneles. Por esta razn en este trabajonos centraremos en el estudio de los tneles de alta velocidad.

Si analizamos un total de 65 tneles, ferroviarios y carreteros; considerados actualmente los de

mayor longitud (ms de 10 Km), respecto al tipo, situacin geogrfica y fecha de final de obra,obtenemos los siguientes resultados:

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Situacin geogrfica Tneles largos (ms de 10 Km)

0

2

4

6

8

10

12

14

16

Austria

Canad

China

CoreadelSur

Espaa

EEUU

Finlandia

Francia

Italia

Japn

Noruega

ReinoUnido

Rusia

Sudafrica

Suecia

Suiza

Taiwn

Turqua

Ndetneles

Figura 1.2.Situacin geogrfica tneles de gran longitud. Fuente: elaboracin propia.

Periodos de realizacin de los tneles ( > 10 km)

0 5 10 15 20

< 1800

1900-1959

1960-1969

1970-1979

1980-1989

1990-1999

2000-2009

2010 10 km)

0

10

20

30

40

50

60

Ferrocarril Carretera

Nmerodetneles

Figura 1.4.Tipos de tnel. Fuente: elaboracin propia.

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Como podemos ver en las grficas anteriores, existe un mayor nmero de tneles ferroviariosde grandes longitudes que carreteros; esto es debido a que los trazados son mucho ms estrictosen las lneas ferroviarias que en las carreteras.

Tambin podemos observar el significativo aumento de este tipo de obras en los ltimos 30

aos. Esto se debe principalmente a los avances en las diferentes tcnicas de excavacin,materiales, maquinarias, estudios, etc. y sobre todo al abaratamiento del kilmetro construidocon estas nuevas tcnicas. Finalmente podemos apreciar que los pases con un mayor nmerode este tipo de infraestructuras son: Japn, Italia y Suiza. Esto se debe a las diversas razonesque analizaremos en el prximo apartado.

1.6. Los principales escenarios

Japn fue el primer pas en construir vas frreas especialmente diseadas para la AltaVelocidad. Todo empez con la red de los ShinKansen (nuevas vas), y poco despus lesiguieron pases europeos como Francia, Alemania, Italia, Espaa, etc. Actualmente estn

emergiendo pases como Taiwan, Corea del Sur y China, con apuestas muy interesantesrespecto a la implantacin en sus territorios de lneas de alta velocidad.

Tambin resulta curioso observar como pases de gran trascendencia y potencial en otrossectores, como son Estados Unidos y Rusia, debido a diversos factores tales como la viabilidadeconmica y de servicio de este tipo de lneas en las dimensiones tan extensas de sus territorios;las distintas polticas energticas aplicadas; los diferentes tipos de materiales rodantes a motor(gasoil) y el no mostrar un verdadero compromiso con las polticas medio ambientales, hanhecho que no se encuentren en estos momentos entre los pases punteros de este sector. A dade hoy en Estados Unidos parece que las cosas estn cambiando y estn empezando a apostarpor el medio ambiente y por lo tanto en el fomento de lneas ferroviarias de alta velocidad. Unejemplo claro de ello es que el estado de Wisconsin firm el 21 de julio de 2009 un contratocon Talgo para la adquisicin de dos trenes destinados a la mejora de sus servicios ferroviariosde viajeros. Estos trenes estn basados en la serie 6 de Talgo y se construirn en EstadosUnidos. El estado de Wisconsin es uno de los afectados por los once corredores de altavelocidad que est previsto construir en los prximos aos en ese pas. [D].

1.6.1. Japn

En el mbito de la ingeniera civil, a la hora de referirnos a Japn, es habitual pensar enimponentes e innovadoras obras de ingeniera. Este es el caso del tnel Seikan, que enlaza los

53 Km que separan la isla de Honshu y Hokkaido y que durante mucho tiempo fue el tnelferroviario ms largo del mundo. Otras obras singulares como el Aeropuerto Internacional deKansas en Osaka, construido ntegramente sobre el mar, o el puente colgante de Akashi-Kaikyo, el de mayor longitud de sta tipologa, son algunos de los ejemplos que sitan a estepas en una posicin de referencia. Pero, es sin duda la construccin del tren de Alta Velocidaden 1964 el hito que confirmo la revolucin innovadora que iba a llevar a cabo Japn en lasegunda mitad del siglo XX. Japn logr mucho ms que alentar el crecimiento de su propiaeconoma cuando abri la lnea Tokaio Shinkansen entre Tokio y Osaka en los das previos alos Juegos Olmpicos. Adems esto dio inicio a una era completamente nueva del transportepor ferrocarril, impulsando la creacin de lneas de alta velocidad en otros pases e inyectandoesperanzas a una industria que empezaba a declinar.

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El principal inconveniente al que tiene que enfrentarse la Alta Velocidad japonesa es laorografa. La topografa por la que tienen que transcurrir sus lneas de alta velocidad esfrancamente adversa. Japn es un pas muy compacto con escasamente 200 km de ancho yformando el conjunto de sus islas una

cadena montaosa, por lo que sloexiste una cuarta parte del territoriollano, concentrado en la zona prximaa la costa.

En estas zonas es donde se agrupa lamayor parte de su poblacin, pero paraconectar estas regiones hay queatravesar una larga sucesin decadenas montaosas (las Hida, lasKiso y las Akaishi), que dividen el

archipilago en dos mitades, una dellado del Ocano Pacfico y la otra dellado del Mar del Japn. El nico modode salvar estas barreras ha sidoconstruir gran cantidad de tneles yviaductos. A continuacinanalizaremos algunas de las lnea deltazado de Alta Velocidad japons.

Figura 1.5.Mapa de las lneas de Alta Velocidadjaponesas y sos principales tneles. Fuente: [27]

En la lnea Tokaido se estableci un plazo de ejecucin de la obra muy ajustado. Tenan querealizarse los 515 km del recorrido en 5 aos para que su inauguracin coincidiera con losJuegos Olmpicos de Tokio de 1964. Por ello se ajust el trazado al mximo a la lnea Tokaidode ferrocarril convencional que ya exista por aquel entonces.

Este trazado discurra muy prximo al litoral evitando as las cordilleras montaosas entreTokio y Osaka. Se limitaba as la construccin de tneles, viaductos o puentes que ralentizaranel proceso. Esta decisin provoc una importante limitacin en los parmetros del trazado. Aspues, el trazado entre Tokio y Shin-Osaka tiene 49 tneles entre Tokio y Nagoya, y otros 31entre Nagoya y Osaka. Del total de estos 80 tneles la mayora son cortos, salvo 18 que tienenms de 1 km de longitud y el de Tanna, de 7,9 km. Este ltimo, entre Mishima y Atami, ya se

haba empezado a construir en 1942 como parte del proyecto del danghan ressha, [28] pero laobra haba sido abandonada por falta de fondos en la posguerra. Al final result un trazado de515 km, con 89 km bajo tnel y 174 sobre puente o viaducto.

Tras el xito de la lnea Tokaido se planearon numerosas lneas. La primera en construirse, laSanyo Line, entre Osaka y Fukuoka se ejecut en dos tramos: primero entre Osaka y Okayama,y a continuacin entre Okayama y Fukuoka. En este corredor ya era ms complicado evitartneles y viaductos. No olvidemos que esta lnea se proyect para 260 km/h por lo que eltrazado era ms rgido, siendo ms complicado adaptarse a la topografa existente. Losresultados son claros: para una longitud similar a la del Tokaido Shinkansen, tenemos ms deltriple de kilmetros en tnel (281 km). En las dos tablas siguientes podemos encontrar unlistado con los tneles de mayor longitud japoneses y su distribucin en las principales lneas.

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DISTRIBUCIN Y % DE KM DE TNEL EN LAS LNEAS JAPONESAS

Tokaido Sanyo Joetsu

Tohoku Hokuriku Nagano KyushuAo apertura 1964 1975 1982 1982 1997 2004

Long. Total (km) 515,4 553,6 269,5 593,1 117,4 126,1Long. En tnel (km) 86,0 281,0 107,0 115,0 63,0 Sin datos

% de tnel 16,7 50,8 39,7 19,4 53,7 -Nmero de tneles segn su longitud en km

> 20 km - - 1 3 - -15 a 20 km - 2 1 - 1 -10 a 15 km - 2 2 2 1 15 a 10 km 4 13 3 4 6 32 a 5 km 11 24 6 12 10 7< 2 km 65 88 0 Sin datos Sin datos Sin datosN total 80 129 13 - - -

Tabla 1.3.Evolucin del proyecto de tneles en alta velocidad en Japn. Fuente: [27].

TNELES JAPONESES DE MAYOR LONGITUDPos.

Lnea Nombre Long. (m) Va

Apertura1 Estrecho Tsugaru Seikan 53,85 VD 19882 Thoku Shinkansen Hakkoda 26,50 VD 20053 Thoku Shinkansen Iwate-Ichinohe 25,81 VD 20024 Hokuriku Shinkansen Liyama 22,23 VD 20075 Joetsu Shinkansen Dai Shimizu 22,22 VD 19826 Sanyo Shinkansen Shin-Kanmon 18,71 VD 19757 Sanyo Shinkansen Rokko 16,25 VD 19728 Joetsu Shinkansen Haruna 15,35 VD 19829 Hokuriku Shinkansen Gorigamine 15,17 VD 1997

10 Joetsu Shinkansen Nakayama 14,86 VD 1982

Tabla 1.4.Tneles japoneses de mayor longitud. Fuente: elaboracin propia, [27], [C].

Tnel de Seikan

El tnel de Seikan situado en el estrecho de Tsugaru, merece una atencin especial. En 1954 untifn provoc el hundimiento de cinco ferries causando ms de 1.000 muertos. El gobierno sevio obligado a buscar una manera ms segura de cruzar este peligroso estrecho. Inicialmente seplante unir Honshu y Hokkaido por una sucesin de puentes, pero la tecnologa del momentoy las condiciones climticas imprevisiblesdesaconsejaron esta opcin. Se opt finalmente porun tnel que empezara a construirse 10 aos mstarde. Sin tuneladora, la obra se prolong hasta 1989,convirtindose en el tnel ferroviario ms largo delmundo con 53,85 km de longitud, con 24,5 km bajoel estrecho de Tsugaru. Se dise para poder albergartrenes Shinkansen en seccin nica de 74 m2, pero lagran inversin requerida para extender la redShinkansen hasta Hokkaido fren la llegada del trenbala hasta la isla. Actualmente circulan trenes deancho mtrico por el tnel, pero, se estn llevando acabo obras para adaptar la va y los equipos a los

trenes Shinkansen para que puedan circular por estalnea en un futuro prximo.Figura 1.6.Situacin del tnel Seikan. Fuente: [C]

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1.6.2. Europa

Diecisiete aos despus de la puesta en servicio del Tokaido-Shincansen en 1964, Franciainaugur su primera lnea de alta velocidad en septiembre de 1981, la Paris-Lyon, tramo St.Florentin-Lyon Sathonay. El tramo Combs-la-ville (Paris)-St. Florentin que completara la lnea

de 538 km se abri dos aos despus en septiembre de 1983. De esta forma irrumpa la altavelocidad en Europa, pero no es hasta finales de la dcada de los 80, cuando se fragua la ideade una red europea de alta velocidad promovida por diversos organismos europeos. En 1988, laComunidad Europea de Ferrocarriles propuso una red que en el ao 2015 contara con 8.000km de nuevas lneas y 11.000 km de lneas adaptadas a 160/200 km/h. Actualmente en Europaexisten 9 pases que cuentan con servicios ferroviarios de alta velocidad y con una red que noha dejado de crecer, alcanzando a fecha de hoy ms de 5.000 km.

Entre estas nuevas lneas se identificaron seis que a causa de sus condicionantes geogrficosfueron consideradas como proyectos singulares. Estos proyectos, correspondan a las siguientesrelaciones:

- Lyon-Turn.- Zurich-Miln va el Saint-Gothard.- Berna-Miln va el Ltschberg.- Innsbruck-Verona.- Barcelona-Narbona.- Le Fehmarn Belt.

Los cuatro primeros proyectos citados se corresponden con secciones que atraviesan los Alpesy que, por lo tanto, conectarn Italia con otros pases europeos como Francia, Suiza y Austria.Estas lneas se caracterizan por los condicionantes orogrficos adversos que presentan y por lanecesidad de realizar nuevos tneles Transalpinos. Tambin hay que aadir que estn diseadaspara la circulacin de trfico mixto (viajeros y mercancas), ya que una lnea exclusiva deviajeros no sera rentable econmicamente teniendo en cuenta los volmenes de trfico actualesy los previstos.

1.6.2.1. Tneles Transalpinos

Estado del trfico en los antiguos corredores transalpinos

El problema que hay en Suiza y en general en todos los pases colindantes con los Alpes, es que

hasta ahora se haban estado aprovechando los antiguos tneles y pasos montaososferroviarios y carreteros para el transporte de mercaras y viajeros, pero la gran cantidad detrafico existente ha colapsado todas estas infraestructuras, aumentando significativamente elriesgo de accidentes, principalmente en los tneles carreteros (Tnel: Mont Blanc 39 muertos,Tauern 12 muertos, Gothard 12 muertos, Frjus 2 muertos).

El paso del trfico ferroviario internacional en los Alpes suizos se realiza mediante dos pasajes,el tnel de Saint-Gothard y el de Ltschberg-Simplon. En cuanto al transporte por carretera, losprincipales puntos de paso son el tnel San Bernardino y sobre todo el de Saint-Gothard. Elpaso del trfico ferroviario en los Alpes franceses nicamente se puede realizar por dos sitios,el costero Vintimille y por los tneles Mont-Cenis y Frjus de la lnea Maurienne. Con relacin

a los puntos de paso por carretera, el trfico se concentra en tres grandes itinerarios: al sur elpasaje costero por Vintimille y al norte el tnel de Mont-Blanc y el de Frjus.

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Ms de un tercio del trfico que se dirige o proviene de Italia, circula a travs de los cuatropasos alpinos austriacos (Brenner, Tauern, Schber y Semmering), en especial a travs delBrenner, que constituye el eje norte-sur mayormente utilizado por el transporte de mercancasde largo recorrido sobre el arco alpino (ver figura 1.7. y tabla 1.5.).

Tabla 1.5.Trafico en los actuales corredorestransalpinos. Fuente: elaboracin propia, [4].

Figura 1.7.Corredores transalpinos. Fuente: [4]

Para hacer frente a este problema y buscar soluciones se form AlpTransit, tambin conocidocomo New Railway Link through the Alps NRLA (Nuevo Enlace Ferroviario a travs de losAlpes), se trata de un proyecto federal suizo para construir un enlace ferroviario rpido norte-sur a travs de los Alpes suizos mediante la construccin de tneles de base a niveles de cotamuy inferiores a los de los actuales tneles. Otros pases como Austria y Francia tambin

colaboran en el proyecto con la construccin de nuevos tneles de base.

La nueva conexin Lyon-Turn

La idea de construir una nueva conexin ferroviaria transalpina entre Francia e Italia surgi aprincipios de los aos 1990, y en 1994 el proyecto Lyon-Turn fue escogido entre los 14proyectos prioritarios establecidos por el Consejo Europeo de Essen, formando parte deldenominado corredor deAlta Velocidad/Transporte Combinado Francia-Italia, que se extiendede Lyon a Trieste, junto a la frontera eslovena.

Figura 1.8.Nueva conexin Lyon-Turn. Fuente: [4]

La nueva relacin ferroviaria permitir conectar las redes de alta velocidad francesas eitalianas, situando Lyon a menos de 1 hora y 45 minutos de Turn y Pars a poco ms de 4 horas

TRFICO EN 2006Conex.Italia

Pasos AlpinosMercancas

(Mil. Tn)Austria Tauern 20,2Austria Brenner 45,9Suiza Saint-Gothard 26,2Suiza Ltschberg-Simplon 9,7

Francia Mont-Blanc + Frjus 21,6Francia Mont-Cenis 6,1Francia Vintimille 19,4

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de Miln. Esta conexin no seguir un trazado nico y directo, sino que estar compuesta pordiversas infraestructuras, algunas de ellas mixtas y otras especficas para cada uno de lostrficos que sern puestas en servicio progresivamente. Como puede observarse en la figura1.8., el proyecto puede dividirse en dos secciones principales:

- Una seccin entre Lyon y el Surco Alpino, a la altura de Montmlian, constituida pordos itinerarios paralelos, uno destinado al trfico de mercancas y el otro al de viajeros.

- Una seccin mixta entre el Surco Alpino y Bruzolo, que incluye la construccin de untnel de base internacional de 53,1 km de longitud entre Saint-Jean-de-Maurienne yVenaus.

Figura 1.9.Seccin longitudinal del nuevo tnel de base Lyon-Turn. Fuente: [4]

El proyecto se completar adems con la construccin de una circunvalacin ferroviaria en laciudad de Turn que ser utilizada exclusivamente por el trfico de mercancas.

Las nuevas lneas transalpinas suizas

Por su posicin central en Europa, los ejes norte-sur suizos constituyen uno de los principalescorredores de trfico internacional en Europa, especialmente de trfico de mercancasconectando los pases del norte con Italia y el sureste del continente. El aumento espectaculardel trfico por carreteraexperimentado en los pases alpinosen las ltimas dcadas ha provocado

la puesta en marcha de los proyectosferroviarios para mejorar lainfraestructura existente. Entre ellosdestaca la realizacin de las nuevasrelaciones Zurich-Miln va el Saint-Gothard y Berna-Miln vaLtschberg, ya que permitirnconectar la red de alta velocidadalemana con la italianacontribuyendo as a la creacin deuna autntica red europea de altasprestaciones.

Figura 1.10.Corredores transalpinos suizos. Fuente: [F]

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El eje del Saint-Gothard

La pieza maestra del nuevo eje ferroviario del Saint-Gothard, representado en la figura 1.10.,ser el nuevo tnel de base que enlazar Erstfeld con Bodio. Con sus 57 km de longitudconstituir el tnel ferroviario ms largo del mundo, superando los 50,5 km del tnel del Canal

de la Mancha y los 53,9 km del tnel de Seikan. Su entrada en servicio est prevista para el ao2017. En cuanto a su coste, ste asciende aproximadamente a 7.500 millones de euros.

A partir de Giustizia los trenes circularn por la lnea actual hasta el sur de Bellinzona, dondeuna nueva seccin de lnea dar acceso a un nuevo tnel de base: el tnel del Ceneri (figura1.10.). Este tnel, de 15,4 km de longitud, unir la zona de Vigana (boca norte) con Vezia(boca sur). Al sur de Vezia, el tnel de base enlazar con la lnea actual por la que los trenes sedirigirn hacia Lugano. La apertura est prevista en2019.

Para mejorar las relaciones de la Suiza oriental con el

eje del Saint-Gothard, el proyecto contempla larealizacin del tnel de base del Zimmerberg, conuna longitud de 20 km y dividido en dos partes. Eltnel de base del Zimmerberg unir Zurich y laregin de Litti. La primera parte de este tnel, queenlaza Zurich con la regin de Thalwill, ha sido yarealizada dentro del proyecto Rail 2000 y est enservicio actualmente. En Nidelbad/Thalwill serealizar una obra de bifurcacin subterrnea a partirde la cual empieza la segunda parte del tnel quedesembocar en Litti, localidad situada al norte deZug. Tanto estas obras como las del Ceneriempezaron en 2006. [27]

Una vez puestos en servicio los tres tneles de base(tnel del Zimmerberg, tnel del Saint-Gothard ytnel del Ceneri) se crear un eje ferroviario de altasprestaciones cuyo punto ms elevado no superar los550 metros de altitud y que ser significativamentems corto que el recorrido por la lnea clsica (figura 1.11.). Figura 1.11.Eje del Saint-Gothard. Fuente:[10]

Figura 1.12.Perfil longitudinal de la lnea, con los tneles de base: Zimmerberg, Gothard y Ceneri. Fuente: [10]

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El eje del Ltschberg-Simplon

El proyecto NLFA complet el eje ferroviario del Ltschberg en 2007, con un nuevo tnel debase de 34,6 km de longitud entre Frutigen, en el valle del Kander (cantn de Berna) y

Rarogne, en el valle del Rhne (cantn del Valais). Con su puesta en servicio, la lnea de basedel Ltscberg-Simplon constituye el primer eje ferroviario transalpino de gran glibo,mejorando el transporte de mercancas. El coste de construccin del tnel ascendi a unos2.700 millones de euros.

La nueva conexin Innsbruck-Verona

El eje ferroviario Munich-Verona, conocido como el eje del Brenner, forma parte de uno de loscorredores ferroviarios estratgicos de Europa que se extiende de Berln a Verona, conectandoEscandinavia, Alemania, Austria e Italia y siendo tambin de gran importancia para la conexincon Grecia.

Debido a su importancia crucial en el mbito deltransporte de personas y, sobre todo, demercancas entre el norte y el sur del continenteeuropeo, el corredor Berln-Verona fue escogidopor el Consejo Europeo de Essen en diciembre de1994 entre los 14 proyectos prioritarios deinsfraestructura, constituyendo el denominadoproyecto de Alta Velocidad/TransporteCombinado Norte-Sur. En 2001, el corredor fueextendido hasta Npoles, conectando as el nuevoeje del Brenner con la red ferroviaria de altavelocidad italiana.

El trnsito a travs de esta ruta ha aumentado demanera exponencial generando un cuello debotella. Por esta causa, la pieza central del nuevoeje Munich-Verona ser el nuevo tnel de basedel Brenner que se extender entre Innsbruck yFortezza. La construccin de esta obra singular de56 km de longitud evitar, la circulacin de los

trenes por la lnea de montaa actual. De estamanera, se incrementar considerablemente lavelocidad del paso alpino y la capacidad de lalnea para el transporte demercancas. Figura 1.13.Eje completo Berln-Napoles. Fuente: [P]

Actualmente, debido a la gran pendiente del trazado ferroviario existente, los trenes demercancas tienen limitada la velocidad a 50 km/h y el peso mximo a 1.600 tn, debiendo usardos o tres locomotoras. Una vez completado el nuevo tnel de Brenner los trenes de mercancaspodrn atravesar el paso con pesos de hasta 3.000 tn y sin la necesitad de traccin adicional.Asimismo los trenes de pasajeros podrn circular hasta 250 km/h reduciendo sensiblemente los

tiempos de viaje de los recorridos transalpinos.

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Por razones de seguridad todos estos nuevos tneles transalpinos consistirn en dos tubos deuna sola va cada uno, conectados cada 300 m aproximadamente mediante tneles transversalesmenores. Estas conexiones permitirn la evacuacin desde un tnel hacia el otro.

Tabla 1.6.Resumen de tneles ferroviarios de los corredores transalpinos. Fuente: elaboracin propia, [4].

1.6.2.2. Otras lneas singulares

Francia:

Como hemos comentado anteriormente la Paris-Lyon fue la primera lnea de alta velocidadFrancesa. Construida en balasto y con pendientes mximas del 35, no requiri en todo eltrazado la construccin de ningn tnel. Esto es debido a que el relieve que predomina enFrancia es llano. Ms de dos tercios de su territorio no alcanzan los 250 m de altura, sobretodo

en el oeste, en el llamado corredor Atlntico. Pero tambin existen importantes formacionesmontaosas como los Pirineos en el sur haciendo frontera con Espaa y los Alpes en el norestehaciendo frontera con Italia y Suiza. En estas dos formaciones montaosas Francia, encolaboracin con otros pases como Espaa e Italia, ha construido y est construyendoimportantes tneles como es el caso de Le Perthus en Pririneo Oriental (Figueres-Perpignanfinalizado en 2009) que da continuidad al corredor del Mediterrneo y que tiene una longitudde 8.200 m de los cuales 7.400 son franceses y 800 espaoles. El ya comentado Lyon-Turn,actualmente en construccin, formar parte del corredor transalpino que unir Francia conItalia.

Una de las lneas ferroviarias con ms kilmetros en tnel es la continuacin a Marsella, lalnea TGV Mediterranee, de 250 km, que se abri el 7 de junio de 2001. Esta lnea tiene 9viaductos grandes, 16 corrientes y 8 tneles o falsos tneles, de los cuales los ms importantesson el de la Galaure (2.686 m), Tartaiguille (2.340 m) y el tnel y falso tnel de Marsella(7.834 m, el ms largo de la red francesa tras La Mancha) tneles de 100 m 2de seccin libre y4,8 m de entreva para 300 km/h y 63 m2libres para 230 km/h. Una fecha sealada para la altavelocidad fue el 17 de octubre del 2000 cuando circul en fase de pruebas un TGV a 350 km/hpor el tnel de Tartaiguille.

Tnel del Canal de la Mancha

El tnel del Canal de la Mancha o tambin llamado Eurotnel, merece una atencin especial.Tiene una longitud de 50,50 km, 39 de ellos submarinos, siendo as el segundo tnel submarinoms largo del mundo, por detrs del tnel de Seikan. Fue abierto el 6 de mayo de 1994 yatraviesa el Canal de la Mancha, uniendo Francia con Inglaterra.

RESUMEN DE TNELES FERROVIARIOS TRANSALPINOS

Tnel Apert. Long. (km) ComentarioFrjus-MontCenis

1871 13,7 Ampliado

Saint-Gothard 1882 15 -Saint-Gothard 2016 57 Nuevo tnel de base

Ceneri 2019 15,4 Nuevo tnel de baseZimmerberg 20 Nuevo tnel de base

Simplon I 1906 19,8 -Simplon II 1922 20 -Ltschberg 1913 14,6 -Ltschberg 2007 34,6 Nuevo tnel de base

Brenner 2018 56 Nuevo tnel de baseLyon-Turin 2020 53,1 Nuevo tnel de base

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Esencialmente se trata de una autopista rodante entre Inglaterra y Europa, ya que en los trenesque circulan hay ms del doble deautomovilistas que pasajeros. El servicioferroviario por eurotunel tiene dos variantes:

el Eurostar, para pasajeros y el Shuttle, quetransporta camiones, automviles y motos.Eurotunnel es una sociedad privadaconcesionaria del proyecto y gestiona eltransporte ferroviario, cobrando peaje a lascompaas ferroviarias que utilizan el tnel yexplotando con sus propios medios el trficode camiones y pasajeros. El coste fue de16.000 millones de euros. Las dificultades decoordinacin entre empresas contratadas ysubcontratadas y la dificultad tcnica del

proyecto elevaron considerablemente los costes.Figura 1.14.Situacin del Canal de la Mancha. Fuente: [R]

Alemania:

El avance de la red ferroviaria de alta velocidad Alemana comenz en abril de 1991 y 1992 conlos tramos de nuevas vas Hannover-Wurzburg (327 km, 60 tneles con 121,6 km de longituddonde el tnel ms importante es el Landrckentunnel de 10,8 km) y Mannheim-Stttgart (92km), donde los trenes estn autorizados para circular a 280 km/h. Con ellos quedaban unidospor la alta velocidad Hamburgo, Hannover, Fulda, Frankfurt, Mannheim, Stttgart y Munich.En 2002 se abri la lnea Colonia-Frankfurt, esta lnea de Alta Velocidad fue la primera enAlemania en trafico exclusivo de pasajeros con los ICE-3, diferencindose de las otras lneas

alemanas que son de trfico mixto. Esta lnea tiene 30 tneles (6 falsos tneles y 23 de 150 m2de seccin excavada de 13 m de altura y 12-15 m de ancho; 95 m2 libres construidos con el

NATM pero con pequeas superficies de frente abierto, cuatro secciones, mtodo patentado porla empresa austraca ILF como vier-stollen), con un total de 47 km en tnel de los que el mayores el Schulwald de 4,5 km de longitud y 165 m2de seccin.

% DE TNELES EN LAS LNEAS A.V. ALEMANASHannoverWrzburg

HannoverBerln

ColoniaFrankfurt

NurembergIngolstadt

Ao apertura 1991 1998 2002 2007Tipo trfico Mixto Mixto Pasajeros Mixto

Longitud (km) 327 263 177 89Tneles, % de long. 35% 0% 19% 29%

Tabla 1.7.% de tneles en las lneas A.V. alemanas. Fuente: elaboracin propia [27].

Italia:

Como pas montaoso que es, Italia siempre a requerido la construccin de gran nmero detneles en sus trazados. El tramo ms espectacular es el cruce de los Apeninos de la lnea dealta velocidad Florencia-Bolonia, de 78,5 km de los cuales 73,3 son tneles (Vaglia de 18,4 km,Firenzuola de 14,3 km, Raticosa de 10,4 km y Pianoro de10,3 km, entre otros, son algunos delos ms destacados). Este tramo se encuentra abierto desde el 13 de diciembre de 2009. Todoslos tneles se construyeron por el mtodo ADECO-RS, del profesor Lunardi, que consistebsicamente en un NATM a plena seccin con la estabilizacin del frente por medio de bulones

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de fibra de vidrio inyectados y que ha llevado a unos avances mensuales muy bajos, similares alos de los tneles alpinos del siglo XIX. [27]

1.6.2.3. Espaa

Espaa es uno de los pases europeos con la orografa ms adversa para la construccin detrazados. La pennsula Ibrica presenta, a grandes rasgos una severa compartimentacin en unaserie de unidades casi estancas, que slo se rompen puntualmente por algunos cauces fluvialesque se convierten en ocasionales pasillos de comunicacin. La Meseta Central es la unidad delrelieve ms extensa. La mayor parte de los sistemas montaosos de la Espaa peninsular estnen el borde la Meseta o fuera de ella.

La dorsal montaosa del Sistema Central que separa las dos mesetas, la sierra de Guadarrama,los puertos de Pajares, Despeaperros, y la conexin con Francia por los puertos Cantbricos ypor el Pirineo Central, han sido siempre el quebradero de cabeza de los ingenieros espaoles.

Todo esto ha hecho que actualmente en Espaa haya ms de 1.700 tneles de ferrocarril, dedistintos tipos, acumulando un total de ms de 800 km de tnel y la mayor parte a una cotaelevada con respecto a la mayora de pases europeos. Lgicamente los tneles ms largos sonlos construidos ltimamente, especialmente en las lneas de alta velocidad y en los tramosurbanos subterrneos.

LNEAS DE FERROCARRIL CONVENCIONALESESPAOLAS CON MS KM DE TNEL

LneasLong.

Lnea (km)N tneles

Long. totaltnel (m)

% long.tnel

Zamora a Corua 453,2 185 77.236 17,0

Madrid-Chamartn aBarcelona (por Caspe) 677,7 130 49.337 7,3

Len a Gijn 171,5 97 39.105 22,8Baeza a Uriel 334,0 109 30.302 9,1Madrid a Burgos 282,1 43 23.744 8,4Madrid a Irn 641,1 57 22.295 3,5Palencia a A Corua 547,0 84 21.110 3,9Red de Barcelona 24,3 4 19.915 82,0Jerez de la Frontera aAlmargen

120,0 56 16.439 13,7

Tabla 1.8.Lneas de ferrocarril convencional espaolascon ms km de tnel. Fuente: elaboracin propia [17]. Tabla 1.9.% Cotas de tneles.

Fuente: elaboracin propia [17].

La primera lnea de Alta Velocidad espaola fue la lnea de Madrid a Sevilla, por Brazatortas.Se iniciara su construccin en 1989 y se concluira coincidiendo con la inauguracin de laExposicin Universal de Sevilla en 1992. Esta lnea de 471 km de longitud desarroll unaimportante obra civil de viaductos y tneles en va doble electrificada con ancho internacional.Despus de esta importantsima lnea que represent el revulsivo que tanto necesitaba elferrocarril espaol en temas como la Alta Velocidad y la consolidacin del ancho internacional(1.435 mm), actualmente se han construido y se estn construyendo muchas ms y de mayorimportancia estratgica como: la lnea de alta velocidad Madrid-Barcelona-Frontera Francesa,el corredor del Mediterrneo, el eje del Atlntico, etc. Actualmente en Espaa tenemos 14

lneas de alta velocidad [A].

% COTAS DE TNELESCota % Cotas tneles0-500 53

501-1.000 30,81.001-1.250 12,31.251-1.500 3,7

>1.500 0,1

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En la tabla 1.10. mostramos algunas de ellas y en la figura 1.15. aparece el estado actual decada una de ellas.

% TNELES DE LNEAS ESPAOLAS DE ALTA VELOCIDAD

LneasLong. Lnea

(km)N tneles

% long.tnel

Tnel princ.long.

tnel (m)Apertura

Madrid-Puerta de Atocha a Sevilla 471,8 17 3,4 Piedras la Sal 2.568 1992Madrid-Puerta de Atocha a Lleida 442 27 6,8 Paracuellos 4.791 2003

Madrid-Valladolid 179 11 45,7Guadarrama

(T.Este)29.201 2007

Crdova - Mlaga 155 8 16,4Abdalajs(T.Oeste)

7.420 -

Lleida-Frontera Francesa 362 18 4,2 La Riba 2.121 -Madrid-Galicia. Tramo Medina-Santiago

87,5 31 37,2 Burata 4.068 -

Vitoria-Bilbao-San Sebastin. TramoVitoria-Bilbao

90,8 23 40 Albertia 4.786 -

Madrid-Castilla la Mancha-

Comunidad Valenciana-Regin deMurcia 9557 (Madrid-Valencia) - Cabrera 7.250 2010

Tabla 1.10.% tneles de lneas espaolas de alta velocidad. Fuente: elaboracin propia [A], [17].

RED NACIONAL DE ALTA VELOCIDAD (2010)

Figura 1.15.Red Nacional de Alta Velocidad en 2010. Fuente: [F]

Sin duda alguna los tneles espaoles ms significativos hasta da de hoy son los deGuadarrama, con una longitud aproximada de 28,4 km en cada tubo y los tneles de Pajarescon una longitud aproximada de 24,6 km en cada tubo. Estos dos tneles siguen la filosofa delos grandes tneles de base Transalpinos mencionados anteriormente.

KILMETROS DEALTA VELOCIDADLneas en

servicio 20102.171

Km. Tneles enservicio 2010

303

% de tneles 14%

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Los tneles de Guadarrama son una de las mayores obras de ingeniera ejecutadas en Espaa ytambin del mundo. Se trata de los primeros tneles de alta velocidad construidos sin ataquesintermedios, los cuartos ms largos de Europa y los quintos del mundo. Estos tneles, quediscurren entre los trminos municipales de Miraflores de la Sierra y Segovia, constituyen lapiedra angular de la lnea de alta velocidad que conectar Madrid con Segovia y Valladolid. De

ella tambin se beneficiarn las principales ciudades del norte y noroeste de Espaa.

Los Tneles de Pajares, recientemente finalizada su excavacin, constituyen desde el punto devista constructivo la actuacin de mayor relevancia de todo el Corredor Norte-Noroeste de altavelocidad Len-Asturias. Las dificultades orogrficas, y morfolgicas del macizo cantbricohan supuesto una enorme dificultad para la comunicacin ferroviaria entre la meseta castellano-leonesa y el Principado de Asturias. La boca sur se encuentra ubicada en las proximidades de laPola de Gordn (Len) y la boca norte en la Pola de Lena (Asturias).

Figura 1.16.Mapa de situacin de los tneles de Pajares. Fuente: [42] Figura 1.17.Mapa de situacin de los tneles deGuadarrama y San Pedro. Fuente: [42]

En Espaa tambin existen otros tneles recientemente construidos y de gran importancia comoLe Perthus, de 8,2 km en la lnea de alta velocidad Barcelona-Frontera Francesa; el de San

Pedro de 8,8 km, que precede 5 km al de Guadarrama en direccin norte hacia Asturias y el deAbdalajis, de 7,3 km en la lnea de alta velocidad Crdoba-Mlaga. En un futuro cercano estaprevista la construccin de nuevos tneles de grandes longitudes como el tnel de base deVignemale en el Pirineo central y el tnel submarino de Gibraltar. En el captulo 7 apartado7.5. se hablar de estos proyectos.

1.6.3. Los grandes tneles ferroviarios

En la siguiente tabla 1.11., podemos encontrar informacin sobre los doce tneles que se handecidido estudiar y utilizar para la realizacin de esta tesina. Por sus caractersticas son unamuestra representativa de la mayora de grandes tneles que se han construido o estn

construyendo. Ya sea por sus dimensiones, significado o situacin geogrfica, creemos que sonlos que presentan un mayor inters. Del anlisis de las experiencias recopiladas se han obtenidolas conclusiones y recomendaciones pertinentes.

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TNELES FERROVIARIOS DE GRAN LONGITUD

Nombre Pas Lnea A.V. Acc. geogr.Long.(km)

VaCoste aprox.

(M.)Apertura

Saint-Gothard Suiza Zurich-Miln Alpes 57 VU 7.500 (2017)

Lyon-Turn

Francia-

Italia Lyon-Turn Alpes 53,1 VU 7.800 (2023)

BrennerAustria-Italia

Nord-Europe Alpes 55 VU - (2015)

Seikan JapnEstrecho Tsugaru(Va estrecha)

EstrechoTsugaru

53,9 VD 2.588,1 1988

Canal de laMancha(Eurotunnel)

Francia-Inglaterra

Nord-EuropeCanal de la

Mancha50,5 VU 16.000 1993

Ltschberg SuizaBerne-Turn oMiln

Alpes 34,6 VU, VD 2.700 2007

Guadarrama EspaaMadrid-Segovia-Valladolid

Sierra deGuadarrama

28,4 VU 1.128,8 2007

Pajares Espaa Len-Asturias Puerto dePajares 24,6 VU 1.378,5 (2011)

Ceneri Suiza Zurich-MilnMonteCeneri

15,4 VU - (2019)

San Pedro EspaaMadrid-Segovia-Valladolid

Cerro de SanPedro

8,8 VU 270,3 2007

Le PerthusEspaa-Francia

Barcelona-Girona-Francia

Pirineosorientales

8,2 VU 944 2009

Abdalajs Espaa Crdoba-MlagaAlpujrride,Malguide yPenibtica

7,3 VU 257,6 2007

Tabla 1.11.Tneles ferroviarios de gran longitud. Fuente: elaboracin propia.

1.7. Las nuevas lneas de Alta Velocidad y sus efectos sobre el diseo de tneles

1.7.1. Introduccin

Casi dos dcadas despus de su ltimo rcord, el TGV vuelve a superar su marca de velocidadde 515 km/h alcanzada el 18 de Mayo de 1990. Esta vez, el TGV alcanz una velocidadmxima de 574,8 km/h. El logro se desarroll el 3 de Abril de 2007 a unos 200 kilmetros dePars en una de las lneas ms modernas de Francia, la que une Estrasburgo con la capital gala,concretamente, entre las estaciones de Lorena y Mease. [D]. Esto no solo ocurre en Francia,sino que se trata de algo a nivel global; en Japn, el 26 de Julio de 1996 el Shinkansen 300X

super los 443 km/h [V].

Como podemos ver el objetivo que persiguen los trenes de alta velocidad es el poder alcanzarcada vez mayores velocidades mximas y en consecuencia intentar consolidar velocidades deexplotacin tambin ms elevadas.

El concepto de Alta Velocidad es bastante impreciso, por lo que en este trabajo se considera loexpuesto en la Directiva 96/48/CE del consejo de la Unin Europea relativa a lainteroperabilidad del sistema ferroviario transeuropeo de alta velocidad, donde se establececomo lmite inferior de la alta velocidad los 250 Km/h. Pero lo que realmente importa, es

conocer la influencia de la velocidad sobre los elementos que componen la va, ya que estarequiere la construccin de trazados cada vez ms estrictos, tanto en el aspecto geomtricocomo en la calidad de sus infraestructuras.

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Las principales cuestiones a tener en cuenta al estudiar un trazado son:

- Seguridad.- Rigidez del sistema.- Posibilidad tcnica y medioambientales.

- Economa de la solucin.- Mantenimiento con coste aceptable.- Confort.

1.7.2. Limitaciones geomtricas

El que un tren pueda alcanzar altas velocidades requiere la construccin de trazados con radiosgenerosos que permitan circular en curva de forma segura y confortable para los viajeros.Tambin es necesario reducir al mximo las pendientes. Todas estas condiciones conllevan atrazados ms tendidos que los que se venan realizando hasta ahora. Este tipo de trazadosinfluyen directamente en el nmero y forma de las infraestructuras que conforman la va, ya

sean viaductos, tneles u otro tipo de obras de fbrica. Los parmetros a fijar al estudiar untrazado son [35]:

Parmetros que afectan a la seguridad:

- Radio.- Peralte.- Insuficiencia de peralte.- Aceleracin lateral no compensada en el plano de la va.- Variacin del peralte en funcin de la longitud.- Velocidad.

Parmetros que afectan al confort:

- Variacin del peralte en funcin del tiempo.- Variacin de la insuficiencia en funcin del tiempo.- Longitud de curvas con radio constante.- Radios de curvas de un acuerdos vertical.

En este apartado analizaremos las principales diferencias entre los trazados convencionales ylos de alta velocidad. La configuracin de una lnea ferroviaria tiene dos aspectos

fundamentales: las alineaciones en planta y en alzado.

1.7.2.1. Trazado en plata

El trazado en planta se compone de las siguientes alineaciones: rectas, curvas y curvas detransicin situadas entre stas. Los trazados de las lneas de trfico exclusivamente de trenes deviajeros y los trazados de las lneas de trfico mixto son ligeramente diferentes. Los parmetrosque caracterizan el trazado en planta de una lnea ferroviaria son:

Radio mnimo de curva en planta:

La velocidad de proyecto de una lnea determina el valor de los radios mnimos en planta. Esnecesario limitar el radio inferiormente debido a ciertos condicionantes:

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- Razones de seguridad debido a las fuerzas transversales que ejerce el vehculo sobre lava y que tienden a desplazarla.

- Razones de seguridad debido a la posibilidad de descarrilo o vuelco del vehculoferroviario.

- Razones de confort del viajero (es ms sensible a las fuerzas variables en sentido

transversal).

El radio de curva mnimo de las vas se elige de tal forma que para el peralte de la curvaconsiderada la insuficiencia de peralte no supere ciertos lmites.

RADIO MNIMO SEGN NORMATIVA RENFEVelocidad (Km/h) Ancho de va (mm)

Radio mnimo (m)140 1.668 1.000160 1.668 1.300200 1.668 2.000200 1.435 2.100250 1.435 3.300

300 1.435 4.700

Tabla 1.12.Radios mnimos segn normativa RENFE: NRV 0200, NVR 0201. Fuente: [35]

El incremento de la velocidad de proyecto de nuevas lneas puestas en servicio estos ltimosaos o actualmente en construccin, ha hecho aumentar los radios. Un claro ejemplo de ello esla lnea Madrid-Barcelona-Frontera Francesa, cuyo radio mnimo ronda en los 7.000 m,permitiendo circulaciones a 350 km/h. Los radios amplios favorecen el desarrollo de altasvelocidades sin tener que recurrir a peraltes elevados, lo cual favorece enormemente la buenaconservacin de la plataforma ferroviaria, con la consiguiente reduccin de los costes deexplotacin.

Figura 1.18.Radios curvas horizontales normativa prENV 13803-1 y CEN . Fuente: [5]

Los radios de las curvas habituales en los trazados de las lneas espaolas son los siguientes:

TIPO DE LNEA RADIO NORMAL (m)Lnea convencional 1.000 4.000

Lnea de alta velocidad 5.000 7.000

Tabla 1.13. Radios mnimos segn normativa RENFE: NRV 0200, NVR 0201. Fuente: [35]

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Por otro lado, cabe destacar el hecho de que en las lneas en las que se admite la circulacin detrenes de mercancas, el valor del peralte ha de limitarse (como se ver ms adelante), por loque el valor de la fuerza centrfuga aumenta resultando necesario adoptar unos valores deradios de curva en planta mayores.

Peralte mximo, Insuficiencia de peralte y Exceso de peralte:

Otro parmetro importante en la construccin de una lnea ferroviaria es el mximo peraltepermitido en las curvas. El peralte se define como la diferencia de cota entre las superficies derodadura de los dos carriles de una va dentro de una misma seccin normal a ella.

En recta, el valor del peralte es nulo; en curva, el valor del peralte es constante e igual a uncierto valor. La curva de transicin, entre la recta y la curva circular, permite una variacinlineal del peralte a lo largo de la misma hasta alcanzar el valor del peralte en la curva circular.

Las funciones del peralte son varias:

- Compensacin del efecto de la fuerza centrfuga en curva, proporcionar confort alviajero.

- Mejor distribucin de las cargas en ambos carriles.

- Disminucin del desgaste de los carriles y ruedas.

Asimismo, se exigen ciertas limitaciones de peralte para tener un control sobre l. Las razonespor las que ha de limitarse el peralte son las siguientes: los trenes lentos y, normalmente,pesados provocan desgastes importantes en el carril bajo si el peralte es excesivo, propiciandoun indebido desgaste del carril y consecuente descarrilo; si un tren se detiene en una curva, elperalte podra provocar un desplazamiento de carga y un arranque dificultoso; el propiomantenimiento de un excesivo peralte se hace dificultoso.

Se definen as los siguientes parmetros:

- Peralte terico: Es el obtenido por anulacin de la fuerza centrfuga a la que seencuentra el vehculo al recorrer una curva a la velocidad de proyecto.

- Peralte prctico:Peralte que realmente tiene la va.

- Insuficiencia de peralte: Diferencia entre el peralte terico y el peralte prctico. Lostrenes de viajeros, trenes rpidos, son los que circulan con insuficiencia de peralte,porque el peralte prctico slo compensa una parte de la fuerza centrfuga. Dicho valortambin se limita. La insuficiencia tambin est relacionada con el confort del viajero.sta es otra de las razones por la cual se limita su valor.

- Exceso de peralte:Diferencia entre el peralte prctico y el peralte terico. Los trenes demercancas, trenes lentos, son los que circulan con exceso de peralte. Dicho valortambin se limita por las razones expuestas anteriormente.

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A continuacin se muestran dos tablas (1.14. y la 1.15.) en las que aparecen los valores lmitesde peralte e insuficiencia de peralte para lneas convencionales y Alta Velocidad:

PERALTE (mm). VALORES LMITE

Lnea convencional 160Nueva construccin 180Explotacin 190Lnea de alta velocidadVa exclusiva trfico viajeros 200

Tabla 1.14. Valores lmite de peralte adoptados en lneas convencionalesy de alta velocidad. Fuente: elaboracin propia.

INSUFICIENCIA DE PERALTE (mm). VALORES LMITELnea convencional 115

250300 km/h 60-80

Tabla 1.15. Valores lmite de insuficiencia de peralte adoptados en lneas convencionales y de alta.(*) Vas corrientes ydirectas en aparatos. En caso de trenes de alta velocidad con sistemas de basculacin

podrn adoptarse valores de insuficiencia mayores. Fuente: Elaboracin propia.

Aceleracin sin compensar:

La aceleracin sin compensar es la aceleracin transversal hacia el exterior de la curva quequeda al peraltar una va cuando se circula por ella a una velocidad. Se suele limitar estaaceleracin sin compensar, tanto en lneas convencionales como de alta velocidad, en un valorde 0,65 m/s2, con lo que la insuficiencia de peralte resultante ronda los 100 mm.

Mnima longitud de transicin en planta:La curva de transicin en planta ms adecuada es la clotoide. Este tipo de curva permite unavariacin lineal del peralte a lo largo de la misma para as entrar en la curva circular con elperalte deseado. Se exige una longitud mnima de la curva de transicin a partir de la siguientecondicin:

L 8 a 10 VxH (1.1)

V es la velocidad mxima de circulacin, en km/hH es el peralte, en mm

Esta condicin puede ser utilizada tanto en lneas convencionales como de alta velocidad.

Mxima pendiente del diagrama de peraltes:

Para lneas de alta velocidad, las Instrucciones y Recomendaciones para la Redaccin deProyectos de Plataforma de la antigua GIF recomienda, como valor normal, una pendiente deldiagrama de peraltes de 0,5 mm/m para 250-350 km/h de velocidad mxima de circulacin. Lapendiente del diagrama de peraltes deber ser menor a medida que la velocidad de circulacinaumente.

Para un mayor entendimiento del procedimiento por el cual se disea el trazado en planta deuna va cuyo principal condicionante es el radio mnimo, se adjunta a continuacin un pequeoesquema explicativo:

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1.7.2.2. Trazado en alzado

El trazado en alzado se compone de dos elementos fundamentales: la inclinacin de las rasantesy las curvas de unin entre dos rasantes diferentes. La funcin de estas ltimas es cambiar lapendiente de la rasante de modo gradual, sin que se ocasionen aceleraciones verticales molestaspara los viajeros. Los parmetros que caracterizan el trazado en alzado de una va son lossiguientes:

Rampa mxima:

El valor de la rampa mxima en alzado es, junto con el valor del radio mnimo en planta, unode los dos parmetros ms importantes en el diseo del trazado de una lnea. En el caso en queel valor de la rampa mxima admisible fuera bajo se generaran sobrecostes, debidos a lanecesaria construccin de obras de fbrica y tneles de mayores longitudes. En el casocontrario, en que dicho valor fuera elevado, sera necesario dotar a los trenes de grandespotencias (y sistemas de frenado ms potentes) para lograr una mayor fuerza de traccin. Portanto, la eleccin del valor mximo de la pendiente es un compromiso entre las posibilidadesofrecidas por la orografa existente, para reducir los costes, y las restricciones que impone laexplotacin, a causa de las prestaciones ofrecidas por el material rodante que vaya a circularpor la lnea en cuestin.

Cuando se trata de una lnea de trfico mixto las limitaciones de rampa mxima son msestrictas. Si se quiere explotar una lnea para trfico de trenes de mercancas tambin sernecesario adoptar rampas ms tendidas, de tal forma que los trenes puedan arrancar encualquier punto de la pendiente y frenar para detenerse en ella. Por ltimo, destacar el hecho deque la falta de potencia de las locomotoras obliga a reducir la velocidad en estos tramos,generando as desgastes en la va debido al exceso de peralte. sta ltima es otra de las razonespor la cual existe un valor de rampa mxima admisible en vas de trfico mixto.

Segn las Especificaciones Tcnicas de Interoperabilidad y la normativa RENFE, los valoreslmites recomendados para las lneas de Alta Velocidad y lneas convencionales, son:

PENDIENTES MXIMAS RECOMENDABLES ()140 km/h 20160 km/h 15Lnea convencional200 km/h 12,5

Trfico de viajeros 25Lnea de alta velocidad

Trfico mixto 15

Tabla 1.16. Valores usuales de pendientes mximas, segn normativa. Fuente: elaboracin propia a partir de las normativasNRV 0200 Y 0201 y las Recomendaciones para el Proyecto de Plataforma de GIF. [35]

VELOCIDADMXIMA DE

CIRCULACIN

PERALTESegn:

- Posibilidades dePrestacin

- Exigencias Tcnicas delMaterial Rodante

RADIOMNIMO

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Las Especificaciones Tcnicas de Interoperabilidad sealan que no se debern sobrepasar las35, debiendo respetarse, adems, dos condiciones en las nuevas lneas especialmenteconstruidas para la alta velocidad: la pendiente del perfil medio sobre 10 km deber ser inferioro igual a 25, y la longitud mxima en rampa o pendiente continua de 35 no deber superar

los 6.000 m.

La tabla 1.17. refleja los valores de rampas mximas en lneas espaolas de alta velocidad:

RAMPAS MX. DE LNEAS DE ALTA VELOCIDAD ()Madrid-Sevilla 12,5

Madrid-Barcelona 25Barcelona-Frontera Francesa 18

Madrid-Valladolid 20

Tabla 1.17. Caractersticas geomtricas de algunas lneas de alta velocidad espaolas.Fuente: elaboracin propia

Comparando los valores admisibles de rampas mximas en alzado, se puede comprobar que seadmiten mayores pendientes en lneas de alta velocidad que en lneas convencionales. Estclaro que a mayores rampas, mayor ser el ajuste del trazado a la orografa y, por tanto,menores sern los costes de construccin. Pero lo cierto es que en los ltimos trazados enconstruccin se procura reducir al mximo la pendiente.

Curvas de transicin en alzado:

Recordemos que las curvas de transicin en alzado son las encargadas de cambiar la pendientede la rasante de forma gradual. stas pueden ser circulares o parablicas, siendo stas ltimas

ms usuales en carreteras que no en trazados ferroviarios. As pues, se hablar de radios deacuerdos verticales. Estas curvas verticales introducen, tambin, una aceleracin centrfuga ensu plano molesta para el viajero, sobre todo cuando se trata de acuerdos convexos. Igual queocurra en el trazado en planta, dichas curvas generan aceleraciones centrfugas sin compensarsobre el viajero.

As pues, se deduce de esta expresin que para velocidades mayores sern necesarios radios decurvatura mucho mayores en los acuerdos verticales. Radios mayores suponen, para una mismadiferencia de pendientes, longitudes mayores en las curvas de transicin.

Figura 1.19.Radios curvas verticales normativa prENV 13803-1 y CEN. Fuente: [5]

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En conclusin, en trazados de Alta Velocidad sern necesarios mayores radios y mayoreslongitudes en las curvas de transicin frente a los trazados de lneas convencionales.

1.7.3. Limitaciones estructurales

Tras lo publicado en el BOE nm. 175 del 24 de julio de 2006, pagina 27.705, parece estarconfirmado que para conseguir que los trenes de alta velocidad circulen a su velocidad actualde diseo (350 o 400 km/h), hay que sustituir la va en balasto por va hormigonada, ya que adeterminada velocidad aparecen los problemas delschotterflugo vuelo del balasto. [34]

1.7.3.1. Va de balasto

La va en balasto es actualmente la ms utilizada. El balasto es el conjunto formado pormateriales granulares que conforman la capa de apoyo de las traviesas. Su principal misin espermitir la nivelacin de la va. Est compuesto por la banqueta de balasto y por una subbaseformada, en general, por varias capas de diferentes materiales. Se disponen para asegurar elbuen comportamiento de la va frente a las acciones verticales, transversales y climticas. Elbalasto por estar interpuesto entre el carril y el terreno debe ser resistente a las cargas aplicadas,y duradero a las cargas repetitivas, ya que uno de sus problemas es que con el paso del tiempose rompe, por eso debe ser resistente al choque y a la abrasin.

CAPA DE ASIENTO FUNCIN PRINCIPAL

Banqueta BalastoElasticidad, resistencia abrasin y choque,

amortiguamiento y disminucin de presiones

SubbalastoProteccin de plataforma de la erosin de la

lluvia, disminucin de presiones

Capa fundacin Permitir circulacin maquinaria de obraCapa anticontaminante Proteger balasto de la contaminacinSubbase

Fieltro anticontaminante Proteger subbase de la contaminacin

Tabla 1.18.Las distintas capas y sus funciones de la va en balasto. Fuente: elaboracin propia.

Las capas que conforman la subbase contribuyen en conjunto a:

- Reduccin y homogeneizacin de los esfuerzos sobre la plataforma.

- Proporcionar en parte estabilidad longitudinal y transversal a la va.

- Proporcionar la manutencin de las propiedades estructurales de la plataforma con eltiempo frente a eventuales factores externos.

- Amortiguar en parte las vibraciones originadas en el contacto rueda-carril.

Los espesores y propiedades mecnicas de las distintas capas vienen definidos en catlogosestructurales en funcin de la tipologa del trfico y de la calidad de la plataforma. Lasexigencias de los materiales que conforman la capa de balasto son mucho ms estrictas enlneas de alta velocidad que en convencionales, tambin requieren de mayor espesor ya que semejora la distribucin de presiones con ello.

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Figura 1.20.Valores caractersticos de la rigidez vertical del sistema Balasto-Plataforma. Fuente: [22]

Con la construccin de las nuevas lneas de alta velocidad se introdujo, desde el punto de vistade la infraestructura, un nuevo concepto: las capas de asiento y placas de asiento. Lacirculacin a alta velocidad supuso disponer bajo la traviesa no slo el balasto, directamentesobre la plataforma, sino tambin un conjunto de capas intermedias que permitieran una mejordistribucin de las presiones y una menor contaminacin, tanto del balasto como de laplataforma ferroviaria.

El problema del vuelo del balasto (schotterflug):

El principal problema que actualmente limita la circulacin a altas velocidades sobre la va enbalasto es el efecto del vuelo de ste. Las proyecciones que se producen, a parte de daar lasllantas, bogies, carril, roturas de cristales, y trenes, tambin destruye la banqueta, perdiendo deesta forma la sujecin que requieren las traviesas. La circulacin a velocidades iguales osuperiores a los 320 km/h [34] producen este efecto y en numerosas ocasiones los golpesempiezan a menor velocidad 280-290 km/h [52]. Por todo ello se estn estudiando solucionescomo por ejemplo: lonas de plstico sobre el balasto para que lo sujete, resinas inyectadas en elbalasto o la va en placa.

1.7.3.2. Va en placa

La va en placa consiste en una estructura de va donde la banqueta de balasto ha sido sustituidapor una losa de hormign o capa asfltica, y los elementos destinados a proporcionar el apoyodel carril y a mantener la estabilidad de la va son bloques, que en mayor o menor medida,segn el tipo de va en placa, se colocan dentro de la losa.

La introduccin de este nuevo concepto de superestructura surgi bsicamente a partir de lassiguientes ideas:

- Reducir los costes y operaciones de mantenimiento de la va.- Dificultad de poder mantener la calidad geomtrica de la va con balasto en los tneles

y lneas de alta velocidad.

- Aumento del trfico mixto experimentado en las ltimas dcadas.

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VENTAJEAS E INCONVENIENTES DE LA VA EN PLACA FRENTE A LA DE BALASTO

Ventajas InconvenientesMejor absorcin de esfuerzos sobre el carril

frente a la limitada estabilidad transversal de lava con balasto

Problema de los asientos excesivos de terraplenes ypedraplenes, producen rotura e impiden su colocacin

Permite radios de curvatura menores En caso de rotura elevados costes de reparacinMenor seccin necesaria en tneles, reduce laseccin en casi 10 m2respecto la de balasto

Mayores costes de construccin

Reduccin sustancial de los costes demantenimiento

Difcil correccin de errores de diseo, construccin ycambio de trazado

No se producen proyecciones ni arrastre debalasto

Asientos en las transiciones (tnel-terrapln, puente-terrapln) producen la rotura de la placa

Uso de frenado por corrientes de Foucalt (fuertesrampas y pequeos radios)

Reduccin de vibraciones en el tren

Tabla 1.19.Ventajas e inconvenientes de la va en placa frente a la de balasto. Fuente: elaboracin propia.

Las situaciones que favorecen la implantacin de la va en placa son:

- Velocidades 250 km/h.

- Tneles de gran longitud (En Guadarrama y San Pedro se coloco el tipoRHEDA 2000).

- Lneas con gran cantidad de obras de fbrica, puentes y viaductos.

- Estaciones terminales y en las de parada obligada.

- Lneas que provocan un fuerte impacto ambiental y que, para evitarlo, la va en placapermite la reduccin de radios garantizando las mismas prestaciones.

- Lneas con mucha densidad de trfico, a las que se les aplican valores lmites a sutrazado, aproximando el peralte de las curvas al lmite de explotacin admisible, y queestn sometidas a trficos pesados (trfico no homogneo).

Pases como Japn (desde 1980) y Alemania (desde 1994), hace aos que la utilizan obteniendomuy buenos resultados, debido bsicamente por su mejora en las prestaciones de la va y elreducido coste de mantenimiento. En general, los costes de mantenimiento de la va en placason del orden de una cuarta parte del coste de la va en balasto.

Figura 1.21.Evolucin de la va en balasto y placa Figura 1.22.Conexin de la va en balasto conen Japn. Fuente: [27] la va en placa. Fuente: [G]

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El problema de los asientos excesivos de terraplenes y pedraplenes:

En Espaa, el uso de este tipo de superestructura no est todava muy extendido ya que ennuestros trazados existen gran cantidad de terraplenes y rellenos de grandes dimensiones. La

va en placa exige asientos postconstructivos muy pequeos, sino se rompe. Por lo tanto losterraplenes y los rellenos se convierten en los principales enemigos si sus asientos sonelevados. Generalmente a mayor altura de terrapln mayores asientos se producen, aunquedepende de otros muchos factores como: tipo de terreno, compactacin, mtodo constructivo,etc. En Japn los asientos estn limitados a 30 mm y se considera que la altura mxima que hande tener estos terraplenes ha de estar entre 5 y 10 m para poder garantizar el buenfuncionamiento de la va en placa.

Adems de los descensos de los terraplenes, otro problema importante para los ferrocarriles dealta velocidad en lo que se refiere a los terraplenes es la llamada velocidad crtica del tren. Enterrenos muy blandos y a velocidades elevadas del tren, se produce una ondulacin del

terreno en el terrapln, fenmeno que consiste en la amplificacin de los movimientosverticales de las partculas del terreno bajo el paso del tren. La colocacin de la va en placamitiga este efecto.

1.7.4. Efecto sobre las infraestructuras

Si realizamos un anlisis de todo lo comentado en este ltimo apartado 1.7, observamos queexiste una relacin de efecto directa entre el diseo del trazado y el diseo de los tneles, deesta forma, podemos llegar a la conclusin de que actualmente se est demostrando que lo msconveniente es bajar las rasantes de los trazados y alargar los tneles ferroviarios de alta

velocidad, obteniendo trazados ms tendidos que los que se venan realizando hasta ahora. Estobeneficia doblemente, por un lado permite el transporte de mercancas y por el otro permitealcanzar mayores velocidades a los trenes de alta velocidad.

Agrupando en un solo tnel largo los numerosos tneles cortos tan juntos que se han estadodiseando hasta hoy, eliminando as los terraplenes intermedios y los altsimos viaductos entretnel y tnel. De esta forma resulta ms fcil la colocacin de va en placa y los trenes de altavelocidad podrn llegar a circular a la velocidad prevista de 350 Km/h o ms, que la va enbalasto actual no permite alcanzar. Otra de las ventajas es que al ser los trazados ms tendidos,y geomtricamente y temporalmente ms robustos permiten el trfico mixto.

La utilizacin de balasto exige mayores secciones en los tneles para conseguir un glibomnimo. Esto se debe a que el espesor de balasto eleva las vas respecto a la cota del suelo. Lava en placa puede reducir la seccin necesaria en casi 10 m2, ya que las placas son de apenas20 cm de espesor. Esta es otra de las ventajas de la implantacin de la va en placa.

Es por todo ello y en especial por la reduccin de los costes en mantenimiento, que lainstalacin de este tipo de va influenci mucho en el enfoque tomado para el diseo de laslneas posteriores a la Tokaido. Ya hemos visto en la figura 1.21.que desde la inauguracin dela Sanyo Line cada vez proliferan ms los tneles y los viaductos en detrimento de losterraplenes. El Joetsu Shinkansen es un buen ejemplo de cmo Japn ha eliminado losterraplenes, cuyos descensos postconstructivos y deformaciones impedan poner va en placa.

Uno de los problemas que surgen es que las exigencias de los nuevos trazados requieren, cadavez ms, excavar tneles en terrenos de baja calidad geotcnica. En situaciones anteriores, la

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mayor flexibilidad en los parmetros del trazado (curvaturas y pendientes), permita limitar laexcavacin de los tneles a los macizos ms abruptos que generalmente estaban constituidospor terrenos de buena calidad.

1.8. La importancia de la seguridad en los grandes tneles

Los tneles son obras de carcter singular respecto al resto del trazado. Se trata de obras en quesu espacio est limitado a la seccin transversal, esto significa que no son accesibles desdecualquier punto y sus caractersticas fsicas adquieren una gran relevancia en el grado dedificultad a la hora de resolver una emergencia en su interior, ya que el acceso de los serviciosexteriores para realizar una evacuacin rpida es ms complejo. Por lo tanto es necesario queexistan una serie de medidas mnimas obligatorias de seguridad que garanticen un nivel deriesgo aceptable. Existen conceptos bsicos de seguridad, por encima de criterios derentabilidad econmica y social que deben garantizarse.

Para poder llevar a cabo estas medidas se tienen que realizar estudios de seguridad del tipo

cuantitativo y en especial del tipo cualitativo que garanticen la seguridad:

- Durante la construccin.- Durante la explotacin.

Las medidas de seguridad en la fase de explotacin requieren presupuestos ms elevados ygeneralmente los accidentes que se producen en esta fase suelen ejercer un mayor grado desensibilidad en la opinin pblica, aunque existen excepciones como por ejemplo el accidentedel Carmel en la L5 del metro de Barcelona en febrero de 2005, que al provocar el derrumbedel tnel la cada de varios edificios, se creo una gran alarma social.

Los tneles de carretera son mucho ms peligrosos en la fase de explotacin que losferroviarios ya que durante esta interviene directamente en el riesgo de accidente el conductorde cada vehculo (despistes, reflejos, sueo, drogas, alcohol, etc.). En el tnel ferroviario alcircular el tren sobre rales (fijndose su trazado), el riesgo en la fase de explotacin desciendesignificativamente.

Los tneles de carretera tienen condiciones de trfico y de evacuacin diferentes a los tnelesferroviarios, pero en algunos aspectos, como la situacin de las salidas de emergencia, lasmedidas propuestas son similares. Tambin en la fase de construccin las medidas adoptadasson iguales, pero si algo tienen en comn es que su peor enemigo, en ambos casos, es el

incendio. El accidente ms grave que se puede producir en un tnel es el que provoca unincendio, ya que al estar las cavidades muy aisladas del exterior siempre presentan el problemade la dificultad de la eliminacin del calor, el humo y las sobrepresiones, que se pueden generardurante el incendio. No es el fuego lo ms peligroso de un incendio en un tnel sino el humoque se produce que puede matar a mucha ms gente.

Actualmente se estn construyendo tneles de gran longitud y por lo tanto, si se produce unaccidente en su interior, la distancia a recorrer de los pasajeros y servicios de emergencia hastaalcanzar la salida o acceder al lugar del accidente es muy elevado. Esto nos lleva a unaimportante conclusin: y los tneles a doble va son ms peligrosos que los tneles a va nicacon interconexiones, pues en stos se puede producir una ms rpida evacuacin a travs del

tnel de circulacin adyacente (tnel seguro) al que est en situacin de emergencia. Esto se haaplicado en el Eurotnel, aadiendo adems un tercer tnel de servicio intermedio entre los dostubos principales (ver seccin en el apartado 2.8.2 del captulo 2).

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Las diferentes medidas de seguridad a adoptar en los tneles pueden ser clasificadas segn sufuncin, habiendo las que intentan evitar que se produzca un accidente; las que intentan reducirel dao producido por un accidente; las que facilitan la proteccin civil de los pasajeros ytrabajadores y las que facilitan el acceso de los servicios de emergencia exteriores.

1.8.1. Normativas de seguridad

La normativa de seguridad que consideraremos en este trabajo es la que se utiliza en el diseode los tneles espaoles y europeos:

- Especificacin tcnica de interoperabilidad sobre seguridad en los tneles en lossistemas ferroviarios transeuropeos convencional y de alta velocidad (2008/163/CE)

- Norma tcnica IOS 98 que se aplica en Espaa.- Norma tcnica complementaria a la IOS 98 de aplicacin en Barcelona.- Medidas de seguridad en nuevos tneles ferroviarios. Proteccin civil RENFE (2000)

- Normativa Francesa del CETU.

La Normativa Francesa es la ms restrictiva y completa de cuantas se aplican en Europa en laactualidad, ya que este organismo el CETU (Centre d'tudes des tunnels), es el que ms mediosdestina al estudio de seguridad en tneles.

1.9. Diferencias de los tneles ferroviarios de gran longitud

Un tnel de gran longitud como los tneles de base o los grandes tneles submarinos, no tienelas mismas caractersticas que las de un simple tnel corto, sino que el conjunto de todas sus

infraestructuras forman un gran complejo subterrneo necesario para la explotacin adecuadade este; por lo tanto no se puede proyectar con los mismos criterios con que se proyecta untnel corto.

No existe una frontera definida entre un tnel largo y uno de gran longitud ya que a partir decierta longitud ambos requieren de un diseo muy similar. Segn la Norma de Seguridad enTneles Ferroviarios considera que los tneles cortos son los < 1 km, los largos > 5 km y los degran longitud > 10 km.

Las diferencias entre un tnel corto y uno de gran longitud se refieren fundamentalmente a lossiguien

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