[pms-logout text="Bienvenido, {{meta_user_name}}" link_text="Salir"]
Túneles y obras subterráneas
El túnel de Lilla en la autovía A-27: tramo Valls-Montblanc
El túnel de Lilla se encuentra en la autovía A-27, en el tramo Valls-Montblanc, que conecta Tarragona con Lleida. Este tramo de la autovía cruza la sierra de Miramar, que forma parte de la cadena Costero-Catalana, y constituye el mayor obstáculo físico que debe salvar en su trazado, dificultad que se supera con el túnel de Lilla.
Camino Arce Blanco
Subdirectora general de Construcción.
Dirección General de Carreteras. MITMA.
Ramón Juanola Subirana
Ingeniero de caminos, canales y puertos.
Director de la obra.
La autovía A-27 permite conectar la costa de Tarragona con el interior en Lleida, el puerto de Tarragona con las producciones ganaderas de Lleida; conecta el territorio con el turismo de la costa y de los Pirineos. La obra se licita en el año 2008, adjudicándose a Acciona en febrero del 2009 por un importe de 81,4 M€ y un plazo de ejecución de 44 meses. Posteriormente, en mayo del mismo año 2009, se adjudica el contrato de servicios para el Control y Vigilancia de las Obras a la UTE formada por Applus + GPYO.
A inicios de 2010 se produce un deslizamiento en la margen derecha del emboquille sur, que se detiene colocando una banqueta de terreno al pie del desmonte. A mediados de 2010 se plantea, desde la Dirección de las Obras, una primera modificación contractual para actuar sobre los problemas detectados hasta entonces en las pizarras situadas en el emboquille sur (lado Valls) y en las anhidritas expansivas. Sin embargo, por causas ajenas al expediente, la tramitación de esa primera propuesta no prospera.
En julio del año 2010 el Gobierno de España solicita, debido a la gran recesión mundial y con el objetivo de reducir el déficit público, reprogramar las actuaciones en ejecución, por lo que esta obra se suspende desde agosto de 2010 hasta septiembre de 2016. Se aprovecha ese periodo para completar los trabajos de estabilización de los deslizamientos en la ladera de la margen derecha del emboquille sur, realizar más sondeos y definir con mayor detalle el perfil geotécnico del túnel. En noviembre de 2016 se levanta parcialmente la suspensión de la obra y se reemprenden los trabajos en el viaducto E1+000.
En junio de 2016, fruto de los datos recabados hasta el momento, se presenta una nueva propuesta para modificar el contrato vigente, que supone un incremento económico superior al 35% sobre el presupuesto de adjudicación. En esta propuesta se incorpora el revestimiento estructural para contener la expansividad de las anhidritas y se definen mejor los procedimientos de excavación y sostenimiento de los distintos terrenos atravesados por el túnel. Los hitos administrativos de la tramitación de esta modificación contractual fueron los siguientes: abril de 2017, autorización para la redacción de la modificación n.º 1 (lo que implicó la suspensión temporal parcial de aquellas unidades de obra afectadas por la modificación autorizada); diciembre de 2017, aprobación técnica del proyecto modificado n.º 1; diciembre de 2018, aprobación económica (tras el preceptivo informe del Consejo de Estado, al tratarse de una modificación superior al 20%); enero de 2019, firma del contrato y levantamiento de la suspensión temporal de la obra. El proyecto modificado n.º 1 asciende finalmente a un 38,37% sobre el presupuesto de adjudicación.
En plena pandemia, en abril de 2020, se declara una emergencia (13,16 M€) para detener la convergencia excesiva producida en el túnel como consecuencia de la fluencia del terreno en el tramo de pizarras. En septiembre de 2020 se declara la ampliación n.º 1 de la emergencia (4,61 M€) para contener el empuje lateral excesivo del terreno en el emboquille sur.
El presupuesto vigente de la obra asciende a 115,76 M€ y el de las emergencias, a 17,77 M€. El grado de ejecución a fecha actual es del 100% para las emergencias y del 61% para la obra principal. El plazo oficial de la obra finaliza en octubre de 2022.
Descripción técnica del proyecto
El origen del tramo de autovía Valls-Montblanc se sitúa cerca del núcleo urbano de Masmolets, en el término municipal de Valls, y finaliza en el enlace de Lilla, en el término municipal de Montblanc. El trazado de dicho tramo, por el lado Valls, es sensiblemente paralelo al de la actual N-240 en su inicio y al de la antigua N-240 en el kilómetro siguiente hasta alcanzar el túnel de Lilla, de 1500 m de longitud. El trazado, lado Montblanc, discurre por la parte norte del núcleo de Lilla hasta alcanzar la N-240, a la que se conecta mediante un enlace.
En alzado, en el lado Valls, se dispone una rampa de acceso con el 6,0% de pendiente hasta las inmediaciones del túnel, donde se reduce hasta el 2,9%, pendiente que se mantiene a lo largo del túnel. Por el lado Montblanc también se dispone de una fuerte rampa de 5,0% de pendiente.
La sección transversal es de dos calzadas de dos carriles de 3,5 m cada una, añadiéndose un tercer carril en las rampas de subida, arcén exterior de 2,5 m y arcén interior de 1,5 m. En el túnel los arcenes se reducen y existen también aceras. En el acceso lado Valls hay un P.S. sobre la actual N-240 y dos viaductos sobre el barranco del Serraller. El primero de ellos, situado en el p. k. 1 + 000, de 180 m de longitud, tiene cinco vanos; el vano central es de 50 m, construido mediante losa postesa in situ de canto variable. El viaducto 1 + 600, de 100 m de longitud, tiene tres vanos, de estructura de vigas doble T.
Por el lado Montblanc, para salvar la vaguada del Pont del Candi, se construye un gran terraplén de 50 m de altura. Además, hay dos P.S. de tipo losa postesa in situ de canto constante, ubicados en el enlace y en la reposición del camino de Vilaverd. El túnel está formado por dos tubos, con dos carriles cada uno, unidos entre sí mediante seis galerías de evacuación, cinco peatonales y una vehicular.
Sección longitudinal del túnel de Lilla
Geología
El túnel de Lilla tiene dos elementos que lo convierten en una construcción singular: la gran variabilidad del terreno que atraviesa en una longitud no muy grande (1,5 km), es decir, siete formaciones distintas y con variación dentro de cada una de ellas; y, además, la existencia de dos terrenos muy complicados desde el punto de vista de construcción, como son las pizarras del Carbonífero y las lutitas con anhidritas del Eoceno.
En la sección longitudinal se puede apreciar el corte geológico de la montaña. Además de los terrenos difíciles ya citados —las pizarras y las lutitas con anhidritas—, se encuentran materiales más competentes como son los conglomerados del Buntsandstein, calizas del Muschelkalk M1, margas y areniscas del Muschelkalk M2, calizas y dolomías del Muschelkalk M3 y calizas micríticas con sílex y lignito del Eoceno.
Para la ejecución del túnel se trabaja desde los cuatro frentes de forma simultánea, mediante la utilización de diversos métodos constructivos, dada la alternancia y variedad de materiales atravesados, y siempre siguiendo los principios de excavación, sostenimiento y construcción de túneles del Nuevo Método Austríaco.
En la parte inferior de la sección longitudinal se pueden ver también los procedimientos proyectados de excavación y sostenimiento, así como las secciones de revestimiento. En esencia, en los terrenos más nobles se proyecta la excavación mediante voladuras y el sostenimiento con bulones + gunita, y en los terrenos menos competentes se proyecta realizar la excavación con medios mecánicos y el sostenimiento con cerchas y gunita.
Desarrollo de la obra
Lutitas con anhidritas
En el túnel de Lilla (AVE), cercano a nuestra obra, se había detectado la existencia de anhidritas dentro de la matriz de lutitas, que presentaban una expansividad muy acusada. Dicho fenómeno se puso de manifiesto por los levantamientos de la solera del túnel, una vez ejecutado completamente el sostenimiento, unos meses después de concluir esa fase de la obra. La expansión del terreno se localizaba principalmente en la parte inferior del túnel, en la solera y la magnitud de los levantamientos en el túnel del AVE, presentaba valores variables, alcanzando máximos entre 50 y 80 cm. El mismo fenómeno ya se ha empezado a manifestar en nuestro túnel de carretera.
El mecanismo que provoca la expansividad de las anhidritas nos lo explica el Prof. Eduardo Alonso en la imagen de la derecha.
En el terreno de lutitas + anhidritas, que se ha descomprimido como consecuencia de la excavación del túnel, se forman micro fisuras que antes no existían. Por esa red de fisuras del terreno, en presencia de agua que se mueve, se disuelve la anhidrita (sulfato de calcio anhidro), descomponiéndose en ion sulfato SO4= e ion calcio Ca++, que más adelante, cuando las aguas se tranquilizan, precipitan en forma de cristales de yeso (sulfato de calcio hidratado) que rellenan completamente la fisura, expansionándose.
Con la auscultación instalada en el túnel del AVE en Lilla se pudo determinar la magnitud de las presiones desarrolladas y su ubicación. Como se puede ver, tanto su valor como su posición son muy variables, aunque se desarrollan principalmente en la parte inferior del túnel.
Fenómenos expansivos en la solera de algunas secciones del Túnel de Lilla del AVE Madrid-Barcelona
Mecanismo de expansión de las anhidritas en contacto con el agua
Presiones desarrolladas por las anhidritas en el túnel de Lilla (AVE)
El fenómeno de expansión de las anhidritas tarda algunos meses en desarrollarse, por lo que se puede excavar el túnel en esa zona sin tener en cuenta la expansividad a la hora de diseñar el sostenimiento. Es decir, la excavación y sostenimiento de las lutitas con anhidritas se ejecuta como un material competente: excavación mediante voladuras a sección completa y sostenimiento mediante bulones Ø 25 de 4 m de longitud y una capa de gunita de 10 cm.
Posteriormente, en la fase de revestimiento, se construye el elemento resistente para soportar el empuje de las anhidritas; en este caso, el revestimiento tiene carácter estructural. Del cálculo se obtiene que es necesario un revestimiento completamente circular, que es la forma que mejor resiste las presiones exteriores, de hormigón fuertemente armado, con espesor en clave de 50 cm y en la contrabóveda de 150 cm.
En nuestro túnel de carretera se está ejecutando el revestimiento estructural en la actualidad. El procedimiento consiste en un tren de fases que permite ejecutar la parte inferior del anillo la contrabóveda, los hastiales y la bóveda de forma consecutiva.
La secuencia de actividades requiere una labor coordinada de los diversos equipos, cada uno de ellos trabajando en una de las distintas fases: excavación de contrabóveda, armado de contrabóveda, hormigonado de contrabóveda, primera fase de relleno con suelo seleccionado para poder circular por encima, impermeabilización de hastiales, armado de aceras, hormigonado de aceras, impermeabilización de bóveda con carro de impermeabilización, ejecución de anclajes para colgar la armadura de la bóveda, segunda fase de relleno con suelo seleccionado, armado de bóveda y hormigonado de bóveda con carro de encofrado.
El resultado final de la sección del túnel en las lutitas con anhidritas puede verse en la figura de abajo. El sostenimiento en amarillo formado por la corona de bulones Ø 25 de 4 m + la capa de gunita permite construir el túnel cuando todavía no se ha desarrollado la expansión de las anhidritas. Una vez ejecutado el sostenimiento, en una fase posterior, se construye el revestimiento, en gris en la figura. Inicialmente se excava la contrabóveda para conseguir la forma circular y luego se sigue con la secuencia hasta cerrar el anillo de HA-50.
Lutitas con anhidritas del Eoceno
Pizarras
En las pizarras del Carbonífero se proyecta la excavación en avance y destroza, por medios mecánicos, con retrogiratoria de brazo corto equipada con martillo picador de 5 t. El sostenimiento es de tipo pesado, compuesto por cerchas HEB-160 cada 0,75 m, con pata de elefante en avance y destroza, más capa de gunita con fibras de 30 cm de espesor más dos pares de bulones autoperforantes colocados en los hombros y dos micropilotes de recalce en apoyos.
Además, cada 12 m se construye un paraguas de micropilotes autoperforantes para asegurar la integridad de las personas que trabajan en el túnel y de los equipos.
Mediante la auscultación realizada, siguiendo el procedimiento de construcción del Nuevo Método Austríaco, se detectaron unos movimientos de convergencia muy superiores a los esperados (del orden de diez veces en las peores secciones) y con velocidades decrecientes en el tiempo, pero que no se llegaban a parar.
Pizarras del Carbonífero y sostenimiento pesado
Esta situación provocó que se adoptaran diversas medidas para conseguir detener esos movimientos, toda vez que también se empezaron a detectar algunas patologías en el sostenimiento. Las actuaciones realizadas fueron las siguientes: construcción de pozos de bombeo en hastiales para rebajar el nivel freático, incremento del número y la longitud de los bulones en los hombros, sellado sistemático de los frentes de avance, recalce de la pata de elefante mediante micropilotes y, finalmente, la construcción de una solera provisional en esta fase de avance. Todas las medidas tuvieron un resultado limitado, incluso la solera provisional llegó a romperse en alguna sección.
Con todo ello, y en busca de la solución definitiva, se simuló la construcción de un anillo completo, cerrando la sección en esta fase de sostenimiento con la construcción de una contrabóveda de HA-30. Para ajustar las curvas de deformación en el modelo Flac 3D, que se utilizó en este caso, a las deformaciones reales observadas en la auscultación del túnel, se tuvo que aplicar una fluencia del material a partir de unas tensiones del orden de 30% de las máximas que resisten las pizarras. Con ello se diseñó la forma y dimensiones de la contrabóveda necesaria que cerraba el anillo de sostenimiento, solera de HA de 50 cm de espesor. Con la construcción de la contrabóveda se consiguió la detención completa de los movimientos de convergencia en todas las secciones.
En la auscultación se observa que la convergencia en avance sigue moviéndose hasta el día 120. Entonces se ejecuta la destroza y vuelven a caer los movimientos y, una vez construida la contrabóveda y cerrado el anillo, hacia el día 140, se paran completamente las deformaciones, alcanzando un valor total de 27,5 cm en la peor sección.
Lo que había pasado es que, en ese tipo de pizarras del Carbonífero, material evolutivo, con la descompresión provocada por la excavación del túnel más el contacto con el agua y otros agentes ambientales, se había producido una degradación de parámetros y la fluencia del material, que con muy poco estado tensional (30% del máximo que soporta) se deformaba sin parar. Con la ejecución inmediata de la destroza y la contrabóveda a continuación se consiguió detener completamente la fluencia del material.
El resultado final de la sección del túnel en las pizarras puede verse en la figura de arriba a la derecha. El sostenimiento en amarillo formado por cerchas + 30 cm de gunita y la contrabóveda de HA-30 en fase de sostenimiento. En una fase posterior se construye el revestimiento (en gris) de hormigón bombeado, formando un segundo anillo.
Emboquille sur
En el acceso lado Valls, el emboquille en las pizarras del Ecoceno se proyecta mediante una pantalla de pilotes cuasitangentes, de hasta 24 m de longitud, anclados con dos filas de anclajes activos de gran longitud. La pantalla se dispone en el frontal del túnel y en los laterales en forma de aletas. Con ello se dota a dicho emboquille en pizarras de una estructura de contención para soportar los empujes del terreno.
Durante la construcción de la obra, la auscultación detectó la aparición de movimientos laterales, en la aleta de la margen derecha, de magnitud relevante. El conjunto de hitos Feno instalados en las laderas del emboquille, así como los inclinómetros, registraron valores de los movimientos superiores a lo previsto en los modelos. Además, las células de presión de los anclajes de la aleta derecha llegaron a registrar una tensión próxima a la máxima admisible.
Con todo ello, se decidió anticipar la construcción de los falsos túneles a la fase de excavación y sostenimiento del túnel sin esperar a la fase de revestimiento, que es cuando se suelen ejecutar los falsos túneles con la ayuda del carro de encofrado del revestimiento. Con el relleno de tierras de los falsos túneles se esperaba contrarrestar el movimiento de la aleta derecha de la pantalla.
Para ello, se dispuso de un sostenimiento mediante cerchas HEB-160 cada metro, revestidas con chapa Bernold, conjunto que actuaba de encofrado. Por la parte exterior se construyen los hastiales y la bóveda con hormigón en masa. Previamente se había construido la cimentación del conjunto mediante una contrabóveda de HA-30 de 50 cm de espesor. El resultado de la construcción de los falsos túneles con su posterior terraplenado ha sido una detención completa de los movimientos en el entorno del emboquille.
Durante la construcción, la auscultación detectó la aparición de movimientos laterales de magnitud relevante en el emboquille sur
Conclusión
El túnel de Lilla ha presentado problemas importantes durante su proyecto y construcción. Los terrenos atravesados, principalmente las lutitas con anhidritas del Eoceno y las pizarras del Carbonífero, han mostrado un comportamiento conflictivo: la expansividad de las anhidritas y la fluencia de las pizarras. Estas circunstancias adversas han podido solucionarse gracias al conjunto de equipos humanos que han participado en la obra, con su conocimiento y dedicación.