Tuneles ferroviariosINDICE: INTRODUCCION:La exploracin posiblemente sea la piedra angular de la industria minera, pero encontrar un yacimiento es slo el comienzo de la historia. La viabilidad econmica de un proyecto de desarrollo minero depende en gran medida de la riqueza de los recursos descubiertos y del entorno en el que se hallan, pero pueden llegar a ser inviables si no se cuenta con la infraestructura adecuada y un acceso efectivo a los mercados regionales y mundiales.En su mayor parte, los ferrocarriles de carga son el modo de transporte ms comn elegido para los grandes proyectos de minera, trayendo con su implementacin mayores capacidades de carga y rutas ms directas que las disponibles en la red de carreteras, as como un acceso exclusivo para el suministro estable y predecible a los puertos cercanos. La infraestructura de transporte local es un obstculo relativamente habitual para las minas, con enlaces inadecuados que pueden generar un cuello de botella en la produccin y propiciar que no se pueda alcanzar todo el potencial operativo real.Como resultado, las nuevas conexiones ferroviarias de los proyectos mineros son a menudo aclamadas como un fuerte impulso para la revitalizacin de las regiones ricas en recursos que necesitan mejorar la infraestructura de transporte, como paso previo para ampliar las operaciones existentes o en el desarrollo de nuevas minas. Los nuevos proyectos a gran escala, estn llevando a cabo construcciones de nuevas vas frreas y otras consideraciones de transporte en sus primeras etapas de planificacin

1. TNELES FERROVIARIOSSe denomina va frrea a la parte de la infraestructura FERROVIARIA formada por el conjunto de elementos que conforman el sitio por el cual se desplazan los TRENES. Las vas frreas son el elemento esencial de la ingeniera ferroviaria La explotacin de un tnel ferroviario para uso civil exige unos niveles de servicio y de seguridad para el usuario del mismo rango al menos de los que existen en el resto del trazado.Al discurrir el trfico por un espacio cerrado y de reducidas dimensiones con el riesgo que ello lleva implcito para los pasajeros, conductor y eventualmente el peatn, se hace necesario habilitar el tnel con una serie de instalaciones fijas que permitan reducir el riesgo de accidentes o incendios a niveles aceptables.Las siguientes especificaciones tienen por objeto fijar las condiciones mnimas que deben tener las instalaciones fijas de un tnel ferroviario para que el nivel de seguridad y riesgo que se va a asumir est en consonancia con los criterios adoptados en el resto del trazado.2. INSTALACIONES FIJAS.-

El proyecto de las instalaciones de un tnel ferroviario debe abarcar los siguientes conceptos:

3.1. Suministro de energa.3.2. Sistema de control.3.3. Ventilacin.3.4. Alumbrado.3.5. Salidas de emergencia.3.6. Incendio. Deteccin y extincin.3.7 calentamiento 3.8 Equipamientos.-3.9 Seguridad. Medidas preventivas.-3.10 Manual de Explotacin-

3.1 Suministro de energa:

El suministro de energa para el funcionamiento de las instalaciones debe garantizar su fiabilidad. Se estudiar la conveniencia de recurrir a un doble abastecimiento en el tnel de nivel I y a un sistema de emergencia a travs de generadores.

3.2 Sistema de control.-

En los tneles de nivel I con sala de control, se habilitar un sistema especial que permita garantizar las funciones vitales que deben seguir actuando aunque falle el sistema bsico. Estas funciones son:

Ventilacin.Extincin de incendios.Energa de emergencia.

3.3 Ventilacin.-

La ventilacin de un tnel ferroviario tiene como objetivos bsicos:

a) Mantener la atmsfera del tnel en las adecuadas condiciones de temperatura higrometra para los pasajeros del tren y para el personal de explotacin.b) Evacuar los humos procedentes de un incendio en el menor tiempo posible.En el proyecto se estudiar la necesidad del sistema de ventilacin segn sea la longitud del tnel y las condiciones del trfico ferroviario.

En su caso, el proyecto incluir, asimismo, los medidores de estos parmetros y el sistema de transmisin de informacin.

3.4 Alumbrado.-

Cuando la importancia del tnel lo requiera, se disear un sistema de alumbrado, con una disposicin de puntos luz que garantice:

Un nivel mnimo de iluminacin.Un adecuado grado de uniformidad tanto longitudinal como transversal.El Manual de Explotacin recoger su conservacin y mantenimiento. Slo en tneles de nivel I, se proyectar un sistema de alumbrado de emergencia, servido por bateras independientes.

3.5 Salidas de emergencia y refugios.-

Un tnel ferroviario, de nivel I, deber disponer de salidas de emergencia para utilizar por los usuarios en caso de accidentes graves o incendio.

En tneles de montaa o subacuticos, esta salida ser la propia galera de servicio que en muchas ocasiones ha sido preciso construir con el tnel por razones de reconocimiento del terreno, constructivas y/o ayuda a la explotacin.

Una alternativa a la galera de servicios ser la habilitacin de refugios adosados a los hastiales del tnel, con suficiente capacidad y dotados de los medios de supervivencia necesarios (agua, aire, luz, telecomunicacin...).

En tneles urbanos o de baja cobertura debern habilitarse pozos de servicio distanciados convenientemente y con salida directa al aire libre.

En cualquiera de los casos, en el diseo de estas salidas de emergencia. habr que tener muy en cuenta las reacciones un tanto imprevisibles de las personas que acaban de sufrir el accidente por lo que los sistemas de sealizacin y comunicacin deben ser muy claros e inmunes al fuego o el impacto.

3.6 Incendio.-

El tnel deber estar equipado con los sistemas de deteccin y extincin que mejor se adapten a sus caractersticas.

El proyecto deber recoger esta eventualidad y analizarla con todo detalle para incorporar en el proyecto de las instalaciones, especialmente en el de ventilacin, los medios necesarios para evitar o al menos reducir al mximo los efectos que pueda producir el incendio (por ejemplo: Incombustibilidad de los materiales).

El Manual de Explotacin recoger de forma pormenorizada las sucesivas actuaciones que ser necesario acometer en caso de incendio y las medidas permanentes de mantenimiento y conservacin para que el sistema en su conjunto (ventilacin, detectores de fuego, sistemas de comunicacin, etc.), est siempre en condiciones de servicio.

3.7 Calentamiento.-

La mayor parte de la energa de traccin de los trenes que circulan por el tnel se disipa en forma de calor. Habr que calcular los niveles mximos de temperatura en cada caso, para determinar si se hace necesario el diseo e instalacin de algn sistema de enfriamiento artificial en el tnel.

3.8 Equipamientos.-

Dentro de este apartado se incluyen entre otros los siguientes equipamientos:

Va.Sealizacin y balizamiento.Telecomunicaciones.Instalacin de traccin elctrica.Telemandos y telecontroles.Drenaje.Puesta a tierra.Conductos de recogida de vertidos txicos o inflamables.Todos estos conceptos sern objeto de estudio y se incluirn en el proyecto de instalaciones en un nivel proporcional al de la categora del tnel.

El Manual de Explotacin recoger el uso, conservacin y mantenimiento de cada uno de estos equipamientos del tnel.

3.9 Seguridad. Medidas preventivas.-

Para asegurar la mxima seguridad de los viajeros en caso de incidencia grave (accidente, incendio...), hay que actuar desde el proyecto, incluyendo en dicho concepto aspectos propios de la explotacin como pueden ser el tipo de material rodante, la composicin y frecuencia de los trenes, el distanciamiento entre ellos y otra serie de aspectos relacionados directamente con la explotacin.

El sistema operativo durante la explotacin deber estar reflejado en el correspondiente documento del proyecto e incorporado en su momento al Manual de Explotacin.

3.10 Manual de Explotacin-

Los tneles que por razn de su importancia (niveles I y II) van a disponer de una serie de instalaciones fijas para su buen funcionamiento y mxima garanta de seguridad. debern contar con equipos y medios para su correcta explotacin. La estructura y composicin de estos medios debe ser analizada y valorada en fase de proyecto y su coste debe integrarse en el presupuesto general de la obra.

Las funciones principales son:

Control del trfico ferroviarioMantenimiento de las instalaciones y de la obra civil.Actuacin en caso de accidente ferroviario.Parte de estas tareas son permanentes: Control de trfico y mantenimiento de las instalaciones. El resto sern peridicas o puntuales.

Tanto unas como otras se regirn por el Manual de Explotacin, cuyos trminos de referencia estarn recogidos en el proyecto y servirn para el diseo de la estructura organizativa: Personal, locales y medios materiales con su correspondiente valoracin a lo largo del tiempo.

3. DESCRIPCIN GEOLGICO-GEOTCNICAEs esencial que cualquier proyecto de tnel comience con una investigacin sobre las condiciones del terreno. Los resultados de la investigacin nos permitirn saber cul es la maquinaria y los mtodos de excavacin y sostenimiento a realizar, y podrn reucir los riesgos de encontrar condiciones desconocidos. En los primeros estudios. Las alineaciones horizontales y verticales sern optimizadas para aprovechar las mejoras condiciones de agua y suelo.En el caso de los tneles en roca, dada la variabilidad de los distintos factores que intervienen en la mecnica de rocas es frecuente abordar su estudio mediante las llamadas clasificaciones geomecnicas entre las que destacan la clasificacin geomecanica RMR.

Seccin Tip Galera para peatones de 3,0 m. de ancho y 2,2 m. de altura libre. Galeras para vehculos de 3,5 m. de ancho y 3,5 m. de altura libre.

4. CONSTRUCCINLos tneles se construyen excavando en el terreno, manualmente o con mquinas. Los sistemas habituales de excavacin subterrnea son medios mecnicos, voladuras y manual:Los medios mecnicos mediante minador puntual (rozadora), minador a seccin completa o TBM o tuneladora (Tunnel Boring Machine) o con maquinaria convencional (martillo picador, excavadora...)Perforacin y voladura mediante explosivos.Manual, mtodo derivado de la minera clsica del carbn de las cuencas asturianas, en el que los operarios pican con martillo neumtico la seccin a excavar y otra partida de obreros desescombran manual o semimanualmente.Cut and cover

Mtodo Cut-and-cover para construir el metro de Pars.El mtodo cut and cover, que significara "cortar y cubrir" en espaol, es un mtodo de construccin para tneles superficiales, donde se excava desde la superficie la totalidad o parte del hueco que ocupa el tnel, se construye el tnel dentro del hueco a cielo abierto y se cubre una vez terminado. Requiere un sistema de sostenimiento fuerte para soportar las cargas del material que cubre el tnel.Existen dos formas de realizar el cut and cover: Mtodo 'bottom up': se excava a cielo abierto la totalidad del hueco ocupado por el tnel y se construye en el interior. El tnel puede ser de hormign in situ, hormign pretensado, arcos pretensados, arcos con acero corrugado y tambin con ladrillo, que se sola usar al principio.Tneles de la M-30 excavados con el mtodotop down.Mtodo 'top down': este mtodo se encuentra en auge para la construccin de tneles en el interior de las ciudades. Requiere poca maquinaria especializada, apenas ms de la utilizada en la construccin convencional de stanos. En la superficie, desde la calle, se ejecutan las paredes del tnel cavando una zanja que se hormigona para formar muros pantallao una hilera de pilotes. Cuando las paredes estn terminadas se ejecuta la losa superior, que se apoya en las paredes, excavando solo el hueco que ocupa la losa y apoyndola durante su construccin contra el terreno. Cuando la losa y las paredes estn terminadas, puede reconstruirse la superficie mientras continan los trabajos en el interior del tnel. La tierra del interior del tnel no se extrae hasta esta fase, en la que como los elementos portantes del tnel estn ya construidos se puede excavar con retroexcavadoras. Cuando se ha excavado hasta el nivel adecuado se ejecuta la contrabveda, losa generalmente de hormign que hace de suelo del tnel. Se pueden crear losas intermedias para realizar tneles de varias planta

TUNELADORA

Las mquinas tuneladoras y los sistemas asociados de retroceso y avance hacen el proceso de excavacin ms automatizado. Existe una gran variedad de tuneladoras en funcin de las condiciones de puesta en obra, desde roca densa a suelo disgregado y saturado de agua. Algunos tipos de tuneladoras son las escudos, topos, dobles escudos... Hasta hace poco la mayor tuneladora jams construida se us en el "tunnel Groeene Hart" en Holanda, sta tena un dimetro de 14,87 metros.1 En la actualidad existen mquinas an mayores como los usados en la Autopista de Circunvalacin de Madrid M-30 que miden 15 metros de dimetro,2 y los tneles Chong Ming en Shanghi, China. El rcord lo ostenta "Bertha", de unos 19 metros de dimetro, que actualmente se encuentra detenida en su avance en Seattle por problemas tcnicos.NUEVO MTODO AUSTRACODebido al control exhaustivo el mtodo es muy flexible, incluso en condiciones geomecnicas desconocidas de consistencia de la roca durante el trabajo de tunelacin. Las mediciones de las propiedades de la roca nos informan de las herramientas apropiadas. En las ltimas dcadas las excavaciones mayores de 10 km en suelo blando se han convertido en usuales. Uno de los casos ms conocidos, corresponden a la construccin de la Lnea 4 y la Extensin de las Lneas 1, 2 y 5 del Metro de Santiago. as como algunas secciones de la Lnea 7 del Metro de La Ciudad de Mxico. Empuje de tubos o hinca de tuberaEn ingls llamado Pipe jacking. El mtodo consiste en empujar el tubo mediante gatos hidrulicos hacia el terreno. Se usa cuando existen estructuras por encima que no se quieren daar como vas de tren o carreteras.

TECNOLOGA SIN ZANJA Las tecnologas sin zanja (del ingls Trenchless technology) se basan en una serie de mtodos que permiten la instalacin o reparacin de tuberas de pequeo dimetro (menores a 3 metros) sin la excavacin de una zanja. El objetivo primordial es evitar molestias a los ciudadanos y reducir el impacto al terreno. Como principal inconveniente est el elevado coste al ser una tecnologa muy costosa.

El mtodo constructivo para tneles de simple o doble va de mayor difusin en la actualidad es el Nuevo Mtodo Austriaco, con divisin de la seccin de excavacin en al menos dos fases: avance y destroza. Este mtodo se basa en la aplicacin de sostenimientos flexibles constituidos por hormign proyectado, bulones, cerchas y mallazo. La excavacin se ejecutar mediante explosivos, enlas zonas de terreno ms resistente, y con el auxilio de medios mecnicos en losterrenos menos competentes.Esta solucin parece adecuada para los tneles de menor entidad. Encambio, para los tneles de mayor longitud resulta competitivo el empleo detuneladora, tanto en trminos econmicos como de plazo de ejecucin.El lmite orientativo entre el NMA y la excavacin mecnica mediante TBM loestablecen algunos expertos en torno a los 2,4 km. Esta barrera no esrigurosamente exacta sino que puede desplazarse longitudinalmente en funcin decondicionantes geotcnicos, constructivos, ambientales, etcPor lo que respecta a la eleccin de la TBM, parece que la tipologa msadecuada, en funcin de las litologas atravesadas, es la solucin con dobleescudo (TBM-mixta), cuyas caractersticas (organizadas en ventajas einconvenientes) se recogen en la tabla siguiente.

TUNELADORAS CON DOBLE ESCUDO TELESCPICO

Ventajas Inconvenientes Obtiene buenos rendimientos en terrenos con valores de RMR entre 21 y 40, siempre que los terrenos tengan un squeezing ligero. Funciona mejor en las zonas de falla que la tuneladora de frente abierto, cuando la fluencia del terreno es libera. Integra los procesos de excavacin y revestimiento, reduciendo los tiempos de ejecucin. Seguridad.

InconvenientesMala accesibilidad al frente e imposibilidad de inspeccionar la calidad del terreno y de la estructura en el frente. Puede ser incompatible con las deformaciones importantes. Alta probabilidad de atropamientos frecuentes, que suponen perodoslargos de tiempo de interrupcin de los trabajos. Mayor riesgo de prdida de la mquina. La mquina es menos robusta y de funcionamiento ms delicado, con la posibilidad de que se origine un mayor nmero de averas. Menos adecuada para trabajar en zonas crsticas. Mayor nmero de operarios por turnos (un 50 % ms) que para el caso de una mquina con cabeza abierta. Mayores costes de funcionamiento (consumo de energa) Mayores costes de mantenimiento y reparacin. Mayor peso y dimensiones que dificultan y encarecen el montaje, desmontaje y el transporte de la mquina. Mayor inversin inicial.Seccin tipo para va doble (Ejecucin por mtodos convencionaleSeccin tipo para va simple (Ejecucin por mtodos convencionales)

Seccin tipo para va doble (Ejecucin mediante Tuneladora)

Seccin tipo para Galera de Evacuacin para Vehculos

Seccin tipo para Galera de Evacuacin peatonal

5. FERROCARRILESSe denomina va frrea a la parte de la infraestructura FERROVIARIA formada por el conjunto de elementos que conforman el sitio por el cual se desplazan los TRENES. Las vas frreas son el elemento esencial de la ingeniera ferroviaria y constan bsicamente DE: DENTRO DE LOS ELEMENTOS DE LAS VIAS FERROVIARIAS PODEMOS IDENTIFICAR DOS TIPOS:1) elementos de infraestructura: son aquellos que comprenden la ejecucion de movimiento de tierras, construccion de terraplenes, obras menores y obras mayores como los viaductos, puentes y tuneles2) elementos de suerestructura: son aquellos elementos basicos para el funcionamiento de la via tales como las trochas (ancho de via o distancia entre caras internas de los rieles), rieles, balastos y elementos de fijacion y de ajuste

CALCULO DE LA VIA para el calculo de la via se considera principalmente: calculo del riel calculo del durmiente calculo del balasto

Una via ferroviaria se encuentra sometida a dos tipos de esfuerzos:1. esfuerzos verticales: producidos por el peso propio del vehiculo que circula en la via.2. esfuerzos horizontales: producidos por el rodamiento , temperaturas y movimientos propiamente dicho del vehiculo que circula en la via.

Entre los movimientos que se observan en los trenes tenemos:1. balanceo2. trepidacion3. rebote4. galope5. serpenteo6. vaiven Los cuales deben ser considerados para el diseo de la via y la envolvente maxima para el material rodante.

RIEL - FUNCIONES resistir directamente las tensiones que recibe del material rodante y transmitirla a su vez al resto de componentes que conforman la superestructura de la via. sirven como guia de las ruedas en su movimiento. conduce electricidad para la sealizacion y traccion de las lineas electrificadas.

RIEL - CALCULOSuno de los factores mas importantes para el caculo de los rieles es el peso de los vehiculos, ya que es el punto de contacto entre la rueda y el riel segn la cantidad de ejes. en todos los vehiculos el peso bruto se reparte en todos los ejes de manera uniforme y se expresa como un peso maximo por eje, que debe ser soportada por el riel. el riel es sustituido mas por desgate o fatiga que por problemas de orden estructural.

Para iniciar el calculo del riel se debe considerar los siguiente pasos:1) considerar que el riel se comporta como una viga continua apoyada sobre los durmientes.2) considerar su comportamiento dinamico y su capacidad se basa en la velocidad, la distancia entre los durmientes y el peso bruto del eje.

RIEL CALCULOS - FORMULASPara el comportamiento dinamico del riel y su capacidad se consideran las siguientes formulas empiricas entre otras (klingel, uk, regresion lineal, teoria hertz):1) formula de shajunianz:a) q = a x (1 + (t)1/4) x (1 + 0,012 x v1/2)2/3 x p2/3 donde adicionalmente a es el coeficiente de 1,2 para vagones y 1,13 para locomotoras, t es el trafico anual en millones de toneladas, y v es la velocidad en km/h2) formula de arena (american railway engineering maintenance of way association): a) q = 9 x (P/2 + 0,00003861 x (PV2)/2 )2/3

3) se elige un perfil unas vez calculado el peso.4) se calculan los esfuerzos a los que estara sometido y se procedera al chequeo resoectivo con los esfuerzos permisibles por norma.

RIEL - TIPOS

Un riel est compuesto por : Cabeza: Porcin superior del riel sobre la cual apoyan las ruedas de los vehculos ferroviarios. Alma: Porcin intermedia del riel que une su cabeza con su zapata. Zapata, PATIN o patio: Porcin inferior del riel mediante la cual ste se apoya en los durmientes directa o indirectamente

TIPOS DE RIEL EL Riel es una barra de acero laminado que, colocado uno a continuacin de otro, en 2 lneas paralelas sobre durmientes u otros soportes adecuados, constituyen el camino de rodadura de los vehculos ferroviarios. Al riel se le denomina de diferentes maneras segn la funcin que estaran cumpliendo, como por ejemplo : Riel de zapata plana (Vignole) : Riel con superficie de apoyo plana. Riel de reempleo : Riel retirado de la va que puede ser reutilizado como riel de rodado o en determinadas obras complementarias de la va, sin o con reacondicionamiento previo. Riel excluido : Riel retirado de la va y que no puede ser reutilizado como riel de rodado bajo ninguna circunstancia.

RIEL TIPO VIGNOLE. RIEL TIPO GARGANTA RIEL BURDACH

7. CRITERIOS DE SEGURIDAD

En primer lugar, a la hora de establecer las medidas de seguridad necesarias en los Tneles de la Variante es necesario considerar las caractersticas del trfico,distinguiendo entre aquellos tneles en los que se prev un trfico exclusivo demercancas y los que cuentan con trfico de pasajeros (de forma exclusiva o mixta). Esta distincin se ha destacado en la tabla de caractersticas de los tneles que se incluye en la introduccin de este apartado.En aquellos tneles en los que se prevea el trfico de viajeros el criterio de seguridad bsico es la evacuacin de los viajeros, para lo que se tendrn presentes las prescripciones del borrador de la ISTF (Instruccin de Seguridad enTneles de Ferrocarril), en especial, en lo relativo a rutas de evacuacin y salidas de emergencia.Ser necesario disponer galeras de evacuacin cada 1.500 m. (para los tneles con trfico de viajeros, o mixto, de ms de 1.500 m.):

Las caractersticas especficas de estas galeras son las siguientes:

Pendiente mxima 8 %. Las galeras de longitud superior a 300 m. debern ser accesibles a vehculos ligeros. Dispondrn de un sistema de drenaje para mantener en seco la superficie de trnsito de las personas. Los entronques de las galeras con el tnel principal se sealizarn de forma que se puedan identificar desde lejos: o Se enmarcarn con pintura reflectante y bandas fotoluminiscentes en todo su contorno. o Se colocar una seal en banderola con su identificacin. El extremo de la salida de emergencia que conduce al exterior dispondr de una puerta de dimensiones mnimas 1,8 m. (ancho) x 2 m. (alto), con barra antipnico por el interior y cerradura de seguridad por el exterior. En el extremo prximo al tnel se instalar un extintor manual Adems, los tneles de ms de 1.000 m. en los que se prevea el trfico de viajeros contarn con las siguientes medidas de seguridad: Alumbrado de emergencia. Red de tomas de corriente. Sistema de deteccin de incendios. Red de hidrantes a lo largo del tnel. Sistema de comunicaciones (L>2.000 m.), que permite comunicar el tnel con el puesto de gestin del tnel. Sistema antiintrusin en las bocas de entrada y salida y en las galeras de evacuacin. Sistema de ventilacin (en las galeras de evacuacin, que se prevn en los tneles de ms de 1.500 m.)

En tneles con trfico exclusivo de mercancas, el problema ms grave que se puede presentar es que se produzca un incendio en su interior; en especial en los tneles de mayor longitud de cada alternativa (Serantes derecho con una longitud de 2.089 m.). Puesto que estos tneles tienen un trfico exclusivo de mercancas se ha tenido en cuenta la poca presencia de personas en caso de incidente en su interior, considerando adems, que se tratara de personal ferroviario con formacin (segn la normativa de seguridad laboral) para actuar ante las incidencias.Como el nmero de personas afectadas por la incidencia no va a ser elevado se ha considerado ms importante primar la capacidad de respuesta dentro de lostneles de mercancas, ante una incidencia y la proteccin del personal afectado que la necesidad de evacuar el tnel. Con estos criterios se debera dotar a los tneles de ms de 1.000 m., contrfico exclusivo de mercancas, de una serie de instalaciones:

Sistema de ventilacin para explotacin normal y en caso deincendio. Sistema de deteccin de incendios. Red de hidrantes a lo largo de los tneles. Sistema de comunicaciones (L>2.000 m.), que permite comunicar eltnel con el puesto de gestin del tnel. Sistema antiintrusin en las bocas de acceso Equipos de proteccin individuales contra el fuego, distribuidos a lolargo del tnel, incluyendo equipos de respiracin autnomos.Con estas instalaciones se posibilita actuar ante cualquier incidencia antes deque alcance proporciones ms graves en el interior de los tneles.

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