El proyecto

Revista REPORTER Nº 50
 

El proyecto
 

Con el fin de integrar Suiza en la moderna red ferroviaria hay que construir nuevas líneas aptas para los trenes de alta velocidad. El túnel de San Gotardo, que costará alrededor de 7000 millones de francos suizos, constituye la base para el ferrocarril suizo del futuro. Las conexiones en el transporte internacional existentes entre los nodos de Zúrich y Milán resultarán considerablemente más rápidas y ofrecerán una alternativa real al viaje por carretera o avión. Se calcula que cuando el tramo esté acabado circularán por él diariamente entre 200 y 220 trenes de mercancías.

El Túnel Base de S. Gotardo está formado por dos túneles de una vía que transcurren aproximadamente a 40 m de distancia y que están unidos cada 325 m por galerías de conexión. La construcción del túnel se ha dividido en cinco secciones, cada una con un punto de acceso propio:

• Erstfeld - boca Norte

• Amsteg - túnel de acceso horizontal, 1.2 km de longitud

• Sedrun - dos pozos ciegos, 800 m de profundidad y 8 m de diámetro, accesibles por un túnel horizontal de aprox. 1 km de longitud

• Faido - una galería de acceso inclinada de 2.7 km de longitud, con una pendiente del 12 % y una diferencia de altura de 300 m

• Bodio - boca Sur

 

El Túnel Base de S. Gotardo marcará la pauta en calidad y seguridad gracias a un completo sistema de seguridad. La construcción de dos túneles elimina la posibilidad de choques frontales y los dos pares de túneles de conexión permiten que los trenes pasen de un túnel a otro, lo que es particularmente importante durante los trabajos de mantenimiento. Cada una de las secciones de Sedrun y de Faido incluye una estación multifuncional que ofrece en caso de accidente espacios seguros para los pasajeros y estaciones de emergencia para los trenes. Las galerías de conexión disponen de pasos para cruzar las vías, un sistema de ventilación y una salida al exterior que permita la rápida evacuación en caso de accidente. Esos accesos intermedios no sólo permiten integrar los dispositivos de seguridad, también hacen posible el trabajo simultáneo de hasta cuatro tuneladoras, con lo que se consigue reducir a la mitad el tiempo total de la construcción, unos 9 años.

La geología y el tipo de rocas de la zona determinan el método de construcción del túnel y por eso los ingenieros crean diferentes perfiles para el túnel en función de las rocas que van encontrando. Casi el 90% del Túnel Base de S.Gotardo atraviesa roca apta para ser excavada utilizando tuneladoras. El resto -la sección de Sedrun y la estación multifuncional de Faido- han de perforarse con explosiones controladas. En grandes tramos del túnel las condiciones son sumamente duras, como en un tramo de 5 km de longitud con más de 2000 m en que las temperaturas de la roca pueden subir hasta los 45°C. Esas condiciones afectan a los métodos empleados y a la complejidad de todo el proyecto de construcción.

Sistema de medición del túnel

En las profundidades del túnel de Faido, Leica Geosystems y Amberg Measuring Technique han ofrecido una solución topográfica integrada para el método de perforación y explosión. Hasta el momento se han excavado más de 300 m de esta sección y, debido a la enorme presión de la roca, el túnel se está excavando en dos etapas: primero la parte superior, o frente de ataque, y después la parte inferior, o berma. Se necesitan unos 450 kg de explosivos para cada ronda de perforación y el túnel avanza de 1 a 3 m cada día.

El sistema de medición de túneles Leica TMS permite medir automáticamente y replantear los perfiles utilizando taquímetros de la Serie Profesional Leica TPS 1100.

El concepto tras el sistema fue identificar las tareas de producción requeridas por el trabajo y automatizarlas de modo que un técnico no especializado en topografía, p.ej. el capataz del túnel, pudiera realizar el replanteo. Antes, para posicionar con precisión los arcos de apoyo del túnel, la cuadrilla tenía que perforar el túnel aproximándose lo más posible al perfil requerido para ajustar en él los arcos. Después los topógrafos comprobaban el trabajo, fijaban los arcos en el frente y daban las instrucciones para continuar los trabajos. Pero si el frente no había sido perforado con suficiente amplitud respecto al perfil correspondiente, había que retirar los arcos y seguir con la perforación. Si, por el contrario, el perfil era demasiado grande, la cantidad de hormigón proyectado necesario entre los arcos aumentaba considerablemente. En ambos casos se incrementaban de modo significativo los costes de la construcción del túnel.

Los taquímetros Leica TCRA 1105 se montan muy arriba en las paredes del túnel y se controlan mediante el Leica TMS, que realiza automáticamente las tareas de medición y vigilancia, p.ej. alineación, perfil excavado, posición de los arcos o grosor del hormigón proyectado necesario. Cada taquímetro lleva incorporado el potente software Leica TMS SETout PLUS.

La topógrafa Elke Fischer prepara e introduce todos los datos del proyecto y la geometría utilizando el Leica TMS OFFICE en un ordenador y luego transfiere esa información al taquímetro por medio de una tarjeta PCMCIA antes del comienzo de los trabajos.

Kurt Weidner, topógrafo-jefe de Amberg Measuring Techniques, es uno de los ingenieros encargados de las mediciones en la obra de la sección de Faido, y nos dice: "Aquí utilizamos exclusivamente herramientas de Leica. TMS, la combinación de taquímetros Leica con el software de Amberg, se está empleando en cuatro secciones del túnel. Los taquímetros se utilizan directamente para controlar la posición de los arcos y la situación de los perfiles después de realizar las explosiones y para asegurar que la superficie tiene la forma correcta."
 

Replantear de manera sensilla

Obviamente, en el sector de la construcción el tiempo es oro y, por eso, en el Túnel Base de S. Gotardo se trabaja las 24 horas del día, en turnos de 8 horas con cuadrillas de seis trabajadores cada uno. Cada cuatro días hay un período de 8 horas que se dedica a las tareas de mantenimiento de las máquinas. El cambio de turno se efectúa en pocos minutos y en cada cuadrilla hay uno o dos trabajadores que han sido entrenados en el manejo del TMS y que son responsables de pasar la información al siguiente turno. El sistema Leica TMS es una gran ayuda para el correcto traspaso de la información y la rápida continuación del trabajo puesto que todos los datos del proyecto ya están disponibles en el aparato.

"El principio es muy sencillo: la instalación es efectuada por el topógrafo y después podemos entrenar a los operadores de manera que sepan cuáles son los puntos que deben introducir en el programa", continúa Weidner. "Preparamos la información básica de la sección y de sus correspondientes puntos de medición. Los trabajadores pueden entonces utilizar solos el instrumento sin más asistencia del ingeniero."

Una vez instalado el sistema su manejo es efectuado por personal de la obra que no necesita tener conocimientos específicos de topografía. La principal ventaja de este procedimiento es que no se producen retrasos por no tener que esperar a que llegue el ingeniero. Además, el trabajo realizado por el personal de la excavación es más preciso y productivo, de manera que se optimiza el proceso y se ahorran costes.

"En cada uno de los turnos hay seis ingenieros topógrafos disponibles en la obra. El nuevo sistema les permite ahorrar mucho tiempo para dedicarlo a trabajos de planificación o a resolver otros problemas."

El capataz de la obra del túnel puede hacer tareas de medición rutinarias con ayuda del Leica TMS SETout PLUS en modo de producción, entre ellas:

• Perforación y explosión
• Avance convencional
• Avance del frente
• Proyección y apantallado de tubos
• Láser de alineación
• Posicionamiento de arcos

"El sistema es muy fácil de usar y la gente que trabaja con él está muy contenta con sus prestaciones. La unidad de control remoto se puede sujetar en la mano, justo delante del cuerpo, pero el sistema también se puede comandar por radio", dice Weidner. "También tenemos un lugar seguro para el ordenador, a 1500 m de distancia de la obra."

Condiciones adversas en Faido

Aunque antes de empezar los trabajos del túnel se habían hecho ensayos geológicos y evaluaciones, el verdadero tipo de las rocas presentes no se conoce hasta que comienzan las obras de excavación. Ese fue el caso de Faido, donde en abril de 2002 se produjo un hundimiento parcial de la bóveda de una conexión transversal ocasionado una cavidad de ocho metros de altura.

A pesar de la predicción efectuada con la ayuda de perforaciones de sondeo, el avance de la obra se topó con una capa de roca muy inestable formada por gneis Lucomagno descompuesto. Eso obligó a modificar los métodos de trabajo y a reforzar la excavación con arcos de acero deformables y un denso sistema de anclaje.

"Las deformaciones requirieron correcciones en el método de construcción del túnel", dice Weidner. "Hacernos los dibujos y continuamente estamos cambiando los perfiles en función de las condiciones de las rocas que encontramos. Con el Leica TMS ha dejado de ser un problema preparar las coordenadas del perfil. Antes teníamos que hacerlo todo a mano y nos llevaba bastante tiempo."

Medición de perfiles

Otro programa integrante del software Leica TMS es el Leica TMS PROFILE, que permite medir y controlar perfiles, proporcionando una comparación exhaustiva entre el diseño y los datos actuales de medición y del proyecto.

"Ahora también podemos determinar nuestra posición precisa en el túnel. Podemos establecer si estamos exactamente en la posición correcta para el perfil, mediante la comparación de la distancia medida en el túnel con la teórica y, en caso de desviaciones, hacer de inmediato las correcciones", dice Weidner. "Antes no teníamos esa posibilidad de control y estábamos obligados a volver a medir con una cinta."

"La medición electrónica de distancias, integrada en el software del taquímetro, nos permite medir cada punto de forma precisa en 10 segundos", explica Weidner. "Cuando queremos un control exacto también podemos utilizar una función especial del programa con la que podemos seleccionar puntos individuales. Eso constituye una auténtica novedad en la técnica topográfica."

Vigilancia de las deformaciones

A la vez que avanza la construcción del túnel es necesario vigilar las posibles deformaciones del perfil del túnel. El método de perforación y explosión produce una presión elevada y por eso hay generalmente una diferencia entre la dirección en que se ejerce la fuerza y el punto de control en el frente. Para las tareas de vigilancia se utiliza un Leica TCA2003 ya que ofrece una precisión de algunos milímetros. Se emplean tablillas de puntería blancas con señales amarillas para la reflexión. Se colocan en la parte de arriba del túnel (en tres puntos) y en la parte de abajo (en dos puntos).

"Para vigilar las deformaciones se han instalado hasta el momento más de 300-400 puntos de control", dice Weidner. "Esos puntos se controlan una o dos veces por semana para obtener un registro de los movimientos. La mayor deformación medida hasta ahora ha sido de 50 cm. Mediante el software se pueden hacer los cálculos y comprobar los puntos desde una distancia de 50-100 m. En un periodo de cuatro meses los puntos de control se comprueban dos veces y los puntos fijos, una vez."

Acerca de Amberg

El Grupo Amberg está formado por empresas altamente especializadas que cubren un amplio espectro de tareas en la construcción subterránea, desarrollando soluciones que permiten avanzar en nuevas dimensiones en la construcción por debajo de tierra. Amberg Engineering Ltd. planifica y diseña nuevas estructuras y proyectos de saneamiento, ocupándose de la organización de la obra, la elaboración de informes técnicos y la realización de valoraciones de daños y de estados iniciales.

Amberg Measuring Technique Ltd. desarrolla sistemas e instrumentos para solucionar problemas de medición en construcción subterránea y ferroviaria, incluyendo los anteproyectos, la supervisión de la obra y la medición topográfica.

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