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Especial Túneles y Obras Subterráneas
Túneles de Udalaitz del sector 2 de la Y vasca
El presente artículo muestra una síntesis de la ejecución de los túneles de Udalaitz del sector 2, en el nudo de Mondragón-Bergara-Elorrio, integrados dentro de la línea de alta velocidad ferroviaria Vitoria-Bilbao-San Sebastián, también denominada Y Vasca, cuyos segmentos enlazan Vitoria–Gasteiz con Bilbao y San Sebastián/Donostia, con la frontera francesa. La importante inversión en esta nueva red pretende dar respuesta a una triple exigencia: interconexión entre capitales, acceso al resto del territorio nacional, e interconexión con la red internacional. Los túneles de Udalaitz constituyen el elemento central de esta infraestructura que adquiere la forma de un gran triángulo invertido de unos 8 km de longitud y que atraviesa el macizo de Udalaitz mediante un complejo sistema de túneles. Dada la longitud de estos túneles su ejecución ha tenido que superar grandes riesgos y problemas con soluciones y actualizaciones en el diseño de la ejecución del proyecto que describiremos en este artículo.
Palabras clave: Udalaitz, Y Vasca, túneles, karstificación.
This article provides a summary of the construction of the Udalaitz tunnels Section 2 at the Mondragón-Bergara-Elorrio junction, part of the Vitoria-Bilbao-San Sebastián high-speed railway line, also known as the «Basque Y», whose segments link Vitoria–Gasteiz with Bilbao and San Sebastián/Donostia, with the French border. The important investment in this new network aims to respond to the triple requirement: interconnection between capital cities, giving access to the rest of the national territory and its interconnection with the international network. The Udalaitz tunnels are the central element of this infrastructure, which takes the form of a large inverted triangle some 8 km long that crosses the Udalaitz massif by means of a complex system of tunnels. Given the length of these tunnels, their execution has had to overcome great risks and problems with solutions and updates in the design of the project execution that we will describe in the article.
Keywords: Udalaitz, Basque Y, tunnels, karstification.
Juan Jesús Bengoa Romero
Director de Obra de ADIF-AV.
Francisco Javier Nieto Fernández
Geólogo sénior de TYPSA.
Carlos López- Seoane Espil
Jefe de Unidad de TYPSA.
Jorge Lamora Suárez
Gerente-Jefe de Obra de Dragados.
Julio César González González
Jefe de Túnel de TECSA.
El presente artículo muestra una síntesis de la construcción de los túneles de Udalaitz del sector 2, un tramo que se encuentra integrado en la línea de alta velocidad ferroviaria Vitoria-Bilbao-San Sebastián, más conocida como Y vasca, más en concreto, en el nudo de Bergara, que constituye el elemento central de esta infraestructura con forma de gran triángulo invertido de unos 8 km de longitud, que atraviesa el macizo de Udalaitz mediante un complejo sistema de túneles. En este contexto, expondremos los principales riesgos y problemas que han acontecido durante su ejecución y las principales soluciones adoptadas.
Túneles de Udalaitz
Existen tres túneles de Udalaitz: el Udalaitz 1, que corresponde a la línea Vitoria-Bilbao y que se integra en el tramo Mondragón- Elorrio finalizado en el 2012, y los túneles de Udalaitz Este y Oeste, de una longitud aproximada de 6900 m, que actualmente se encuentran en ejecución. A su vez, estos han sido divididos desde el punto de vista constructivo en dos tramos, el sector 1 y el sector 2, de la Línea de Alta Velocidad Vitoria-Bilbao-San Sebastián. Se caracterizan por atravesar la montaña de Udalaitz, de 1120 m de altura, y la falla de Kanpazar.
Geológicamente también pueden ser divididos en dos grandes tramos con distintos comportamientos geotécnicos. El primer tramo, formado por los litotipos fundamentalmente carbonatados del Urgoniano (calizas y margo-calizas), que arranca en el valle de Kobate y discurre hasta el contacto con el cabalgamiento de Udalaitz (2000 m aprox.) donde se encuentra con los materiales terrígenos del Infra-Urgoniano, los cuales dan paso al segundo tramo, conformado por los litotipos detríticos (lutitas, limolitas y areniscas), que se distribuyen hasta el final de los túneles, en el valle de Angiozar (4900 m).
Riesgos y soluciones de la excavación de los túneles de Udalaitz
La excavación de los túneles de Udalaitz del sector 2 se ha caracterizado por el reto de superar numerosos riesgos propios de una infraestructura subterránea de esta longitud, siendo los más importantes los que describimos a continuación:
Riesgo por el cruce con otros túneles
En el entorno del PK 1+400 y 1+600, la galería 1 y el túnel Udalaitz Oeste atraviesan por su parte inferior el túnel de Udalaitz 1 ya ejecutado, del tramo Mondragón-Elorrio. El resguardo entre ambos túneles es de aproximadamente 5 m. Por ello, esta excavación se ve condicionada por el riesgo de producir movimientos e inestabilidades, o incluso el colapso, si existiera una alta karstificación localizada en la zona atravesada.
Este aspecto fue estudiado en detalle, disponiendo de un protocolo especifico de excavación de la zona y teniendo en cuenta dos aspectos fundamentales: la ejecución y el control de las secciones construidas. En la excavación se ha alternado el empleo de voladuras con baja carga explosiva con los medios mecánicos, en función de la distancia y de los datos de la auscultación, recurriéndose a sostenimientos pesados de refuerzo con independencia de la calidad geomecánica de la roca. Por otro lado, se ha seguido un estricto control de vibraciones para comprobar la posible afección de la infraestructura existente así como un control mediante estaciones robotizadas del túnel existente, no solo para comprobar la integridad de la sección, sino también el asiento relativo entre secciones.
Riesgos asociados a la excavación de una galería de ataque intermedio (GAI)
Dada la longitud de los túneles, se ha diseñado un ataque intermedio que permite la creación de nuevos frentes de trabajo, optimizando así los plazos de ejecución. Por otro lado, una cuestión que no se planteaba inicialmente en el proyecto, y que esto ha permitido, es la gestión de las aguas de infiltración de las karstificaciones que, como se describirá más adelante, en los túneles que nos ocupan ha sido una cuestión primordial.
Los riesgos surgen por la posición del ataque intermedio, ya que este debe situarse en un punto donde se conjugue la optimización de las distancias a los frentes de excavación y el depósito de sobrantes con una zona de baja cobertera para su emboquille, dando lugar como único punto viable la zona cercana al arroyo Zumelegui, en la falla de Kanpazar.
La excavación de una galería para albergar 4 frentes de excavación implicó la construcción de una sección de dimensiones considerables (sección Caverna) y entronques con ejes hacia ambos avances; para ello, se realizó un estudio de detalle por parte de la empresa TEAM, dando lugar a un protocolo de excavación con sostenimientos específicos y una estricta secuenciación de esta, tal y como puede apreciarse en el modelo siguiente:
No obstante, debido al riesgo de fluencia de los materiales presentes durante la excavación y ante la presencia de abundante agua retenida en las lutitas en toda la excavación, se adoptó, de manera preventiva, la ejecución de unas contrabóvedas provisionales tanto en la fase de excavación en avance como en destroza. Gracias a ello no se ha registrado ninguna deformación superior a las esperadas por el estudio de detalle.
Riesgos asociados a fenómenos kársticos
Quizás este suponga el mayor de los riesgos a los que se ha enfrentado la construcción de esta infraestructura. Los sistemas kársticos pueden definirse, grosso modo, como formaciones geológicas de rocas consolidadas cuyos poros o fisuras han sido ensanchados por disolución como efecto de la meteorización química de este sustrato, ya sea salino, dolomítico o calizo. En nuestro caso se produce sobre las calizas del complejo urgoniano.
Asociada al desarrollo de la disolución está la generación de cavidades, conductos y cuevas de mayor o menor entidad que pueden estar comunicadas con la superficie. Debido a ello, en la zona de las obras se sitúa la cueva de Lezetxiki, que es un yacimiento arqueológico, paleontológico y paleoantropológico. Su alto valor fue clave para la última modificación de trazado, y siempre se ha tenido en cuenta tanto en la excavación de las obras subterráneas de túnel en mina como en las excavaciones superficiales para emboquilles y cimentaciones.
Para solventar este riesgo se ha seguido un estricto protocolo de vigilancia de la excavación, que ha permitido valorar y catalogar las posibles afecciones al patrimonio cultural paralizando cualquier actuación que pudiese poner en peligro dicho patrimonio.
Por otra parte, el mayor riesgo asociado a los fenómenos kársticos es el que, sin duda, ha supuesto y supone el mayor de los esfuerzos para su control, que no es otro que el aporte repentino y abundante de aguas de infiltración en los túneles.
La excavación de los túneles ha estado fuertemente condicionada por la presencia y tipo de karstificación. En el perfil esquemático de la Universidad de Oviedo que se puede ver abajo, se puede observar que se han travesado tres disposiciones de karstificación:
- Karst de la zona de transporte, en el sector Kobate. Se caracteriza por conductos o grietas limpias, sin relleno, que atraviesan totalmente la sección del túnel. Su afección es la de aportar importantes caudales de entrada de agua al túnel, a los que se le puede dar una evacuación por su salida en la zona baja de la sección del túnel.
- Karst de la zona basal, en el sector Bostiturrieta. Este es el más problemático. Podría tratarse de una zona baja o de fondo de la karstificación, donde no ha progresado, bien porque no ha tenido tiempo o porque ha encontrado un material más resistente frente a este fenómeno. En esta zona nos encontramos con tubos con rellenos kársticos de muy diferente composición, con agua, que, dependiendo de su desarrollo, puede suponer una presión considerable por corresponder a una importante columna de agua.
- Karst sin desarrollo, en el sector Kanpazar. La karstificación no ha progresado y se sitúa por encima. Esta zona no presenta ningún problema para la excavación, ya que se atraviesa un macizo sano.
Karstificación según los levantamientos de frente en las zonas de actuación
Para iniciar la excavación de los túneles de Udalaitz, la primera cuestión era elegir el método de excavación, algo fundamental y de muy difícil elección a priori por las grandes incertidumbres planteadas. Sin embargo, partimos de tres premisas fundamentales:
La seguridad de los trabajadores. Eso implicaba evitar que quedaran atrapados por una inundación súbita por un destaponamiento del relleno kárstico.
El tratamiento adecuado de los distintos tipos de karstificación. Es decir, en función al tipo de karstificación debíamos actuar de diferente manera: en la zona de transporte (Kobate) debíamos dar continuidad a los conductos y grietas para permitir la circulación del agua. En la zona basal (Bostiturrieta), debíamos retener o consolidar el relleno kárstico para evitar la entrada del agua.
Realizar la excavación con unos rendimientos adecuados. El macizo de Udalaitz se caracteriza por la presencia de una caliza masiva, pero con karstificaciones de diferentes tipos, lo que provoca que cualquier método de excavación tenga sus inconvenientes.
Como resultado se decidió realizar la excavación con un método mixto, es decir, alternando voladuras controladas y medios mecánicos. El método de voladuras controladas se caracteriza por un plan de tiro, diseñado por Maxam, que limita la afección de la voladura a un mínimo contorno de la excavación, de manera que las voladuras evitaran movilizar rellenos kársticos en el entorno o tronar la roca del contorno. Se realizó una monitorización estricta de esas voladuras para que el diseño teórico se correspondiera con la realidad.
Por otro lado, desde el inicio de los trabajos de excavación se estableció un protocolo basado en las recomendaciones del proyecto que fue siendo modificado por Daniel Arias, doctor de la Universidad de Oviedo y supervisor geotécnico de las obras por parte de Adif, para optimizar su funcionalidad. Este protocolo pretendía adelantarse a la aparición de los conductos kársticos para realizar un tratamiento previo, teniendo como máximo objetivo evitar la movilización del relleno kárstico, ya que es, sin duda, la mejor barrera para evitar la entrada del agua hacia el túnel. También se ha realizado la excavación a sección completa para permitir la continuidad de los conductos en toda la sección, por si nos encontrábamos en la zona de karst de transporte.
Fueron medidas complementarias, pero igual de importantes, la concentración de la excavación de la zona kárstica en verano, aumentando el número de frentes de excavación desde las galerías de evacuación. También se diseñó un sistema de evacuación y bombeo del agua colocado sistemáticamente junto al resto de las instalaciones, de manera que se pudiera evacuar el agua del frente de la excavación en todo momento. Por último, se instaló una estación meteorológica con avisos de alarma con umbral de precipitación, de manera que el personal de la excavación estuviera en sobre aviso.
De izquierda a derecha, cueva aparecida durante la excavación. Sección tipo cavidad STE-C.
Durante la excavación, se realizaba metodológicamente una serie de perforaciones de investigación sobre el frente de avance, en concreto, 5 sondeos a destroza de 12 m de longitud, para comprobar la calidad de la roca y la posible presencia de cuevas, rellenos o bolsas de agua. En aquellos casos donde se detectaba la presencia de una cavidad se ejecutaba una sección lo suficientemente abierta como para poder realizar un refuerzo de sección a base de cerchas HEB-160; esta sección pretendía ser un refuerzo sobre la posible carga hidráulica a la que se vería sometido el túnel en caso de que se produjera un golpe de agua. Además, sirve de soporte a encofrados metálicos perdidos (chapas tipo Bernold) que posibilitan el relleno de las cavidades atravesadas con hormigón bombeado.
En concreto, en el sector hidrogeológico de Kobate —sin rellenos ni conductos verticales— el tratamiento aplicado fue permitir, en la medida de lo posible, su continuidad, es decir, desviar el conducto fuera de la sección de sostenimiento y permitir que los caudales aportados buscasen la salida natural por la contrabóveda del túnel, fuera de la sección sostenida. Una solución tipo Oberhasli, colocando incluso una tubería en el contorno de la excavación.
Por el contrario, en las cavidades del sector hidrogeológico de Bostiturrieta, el tratamiento siempre estuvo encaminado a evitar el destaponamiento de los conductos y, en el caso que la propia excavación del túnel eliminase el relleno kárstico, que pudiera ser sustituido por hormigón, cerchas pesadas y chapas tipo Bernold, de manera que se permitiera el relleno en las mejores condiciones. En aquellos lugares donde seguía introduciéndose agua en la sección por las fisuras, se emplearon inyecciones de resinas bicomponente que permitían la penetración profunda en el macizo, ya que las demás inyecciones no eran efectivas por su fácil lavado o falta de penetración.
Esta sección de refuerzo denominada sección tipo cavidad STE-C se completó, en aquellos lugares donde las cavidades se prolongaban por la contrabóveda, con el cierre de la sección utilizando para ello una contrabóveda provisional armada. De manera que se ejecutaba así un anillo completo de refuerzo a base de armadura rígida mediante cerchas, y mallazo de acero como refuerzo de la contrabóveda provisional.A pesar de la aplicación de la sección tipo STE-C y de los tratamientos especiales, en algunas zonas de Bostiturrieta, en concreto en la parte basal, se pudo comprobar que cuando la sección se sometía a un periodo intenso de lluvias se producía una descarga repentina del sistema kárstico que llegaba a provocar la rotura de esta sección de refuerzo en distintos puntos, incluida la contrabóveda armada.
Por ello, y para evitar roturas incontroladas de la sección, en las zonas donde se producían las roturas fue necesario realizar una serie de alivios, perforaciones de 4 m de longitud que atraviesan la sección de refuerzo allí donde más fácilmente se pudiesen evacuar los importantes aportes de agua. De esta manera, se solventaron las roturas incontroladas del sostenimiento y el control de las entradas de agua en la fase de revestimiento y acabados.
Agradecimientos
Los autores de este artículo desean expresar su agradecimiento a Dragados, TECSA, Amenabar, TYPSA, Ineco, Maxam, team, Universidad de Oviedo y a todo el personal que ha participado en el proyecto, el cual, sin duda, no se habría podido acometer sin ellos.
