Sistemas de Sostenimiento y Revestimiento en la Construcción de Túneles

Misión del Sostenimiento

Al excavar, el terreno tiende a deformarse hacia adentro, fenómeno conocido como convergencias. El sostenimiento tiene como objetivos principales:

• Contrarrestar esas deformaciones mediante fuerzas radiales.
• Mantener la estabilidad estructural del túnel.
• Evitar la pérdida de resistencia del terreno circundante.

Tipos de Sostenimiento

• Provisionales: Madera (tablas, puntales, cuñas).
• Permanentes: Armaduras, concreto, anclas y cerchas.

Tratamientos Especiales

• Drenaje del frente.
• Inyecciones de cemento.
• Paraguas Jet Grouting: Creación de una bóveda de columnas de suelo-cemento.
• Paraguas de Micropilotes: Uso de tubos de acero.
• Anclaje del frente de excavación.

Revestimiento Secundario

Se define como el sostenimiento final del túnel. Sus funciones principales son la estética, la impermeabilidad y facilitar la ventilación. Este componente puede representar hasta el 30% del costo total del túnel.

Tablas y Puntales de Madera

Su uso está destinado al sostenimiento provisional. Es un método económico en materiales, pero requiere de mano de obra altamente especializada.

Elementos del Método Belga:

• Tablas: En contacto directo con el terreno.
• Tresillones: Encargados de distribuir las cargas.
• Puntales: Elementos de soporte vertical.
• Longarinas: Piezas que rigidizan el conjunto.

Este sistema permite realizar la excavación por fases evitando colapsos estructurales.

Cerchas y Chapas Metálicas

Utilizadas principalmente en túneles de grandes dimensiones. Consisten en perfiles o arcos de acero que resisten las cargas en unión con otros elementos estructurales.

Cerchas

Son arcos de acero colocados con una separación de entre 0.5 – 1.5 m. Los tipos principales son:

• TH: Perfil tipo omega, es el más común.
• HEB: Ofrece mayor inercia y resistencia.
• Reticuladas: Estructuras ligeras compuestas por una retícula de barras.

Ventajas: Ofrecen resistencia inmediata desde su instalación y definen con precisión la geometría del túnel.

Chapas Bernold

Utilizadas frecuentemente en tramos de falsos túneles. Son chapas perforadas, corrugadas y curvas con un espesor de 2–3 mm. Funcionan como sostenimiento definitivo y cumplen el rol de:

• Encofrado.
• Refuerzo estructural (pueden ser permanentes).

Bulones, Anclas y Pernos

Consisten en barras instaladas dentro de la roca para estabilizar el macizo rocoso desde su interior.

Tipos de Anclas:

• Inyectados: Fijados con cemento o resina (funcionamiento pasivo).
• Mecánicos: Basados en la expansión (funcionamiento activo).
• Fibra de vidrio: De carácter pasivo, tienen la ventaja de que se pueden romper o cortar posteriormente.
• Autoperforantes: No se recuperan tras su instalación.
• Swellex: Pernos que se expanden mediante agua a alta presión.

Hormigón Proyectado y Malla Electrosoldada

El uso de Shotcrete combinado con malla electrosoldada cumple funciones críticas en la estabilización de taludes y túneles.

Funciones y Aplicaciones:

• Refuerzo estructural en losas, firmes, canales y cubiertas.
• Prevención de fisuras.
• Soporte de cargas con rapidez y economía.

Proceso de Aplicación:

1. Limpieza de la superficie.
2. Colocación de la malla.
3. Proyección de concreto a presión.

Ventajas: Destaca por su alta resistencia, flexibilidad y durabilidad.

Nuevo Método Austriaco de Excavación de Túneles (NATM)

Este método se fundamenta en aprovechar la resistencia natural del terreno circundante.

Características del Sostenimiento Activo y Flexible:

• Uso combinado de Shotcrete, pernos y cerchas.
• Permite una deformación controlada del terreno.
• Requiere un monitoreo constante de las convergencias.
• Excavación por fases y aplicación de revestimiento final.

Ventaja: Es un método altamente económico y adaptable a diversas condiciones geológicas.

Anillo de Dovelas

Es el revestimiento definitivo utilizado en túneles excavados mediante tuneladora (TBM).

Partes del Anillo:

• Dovelas normales.
• Dovela de solera.
• Dovelas contrallave.
• Dovela de llave: Es la pieza que cierra el anillo estructural.

Funciones:

• Soporte estructural inmediato.
• Impermeabilización del túnel.
• Proporciona la superficie de apoyo para el avance de la tuneladora.
• Acabado final de la obra.

Tipos de Revestimientos

Se dividen en las capas estructurales primarias y finales que conforman el túnel.

• Primario o Sostenimiento: Compuesto por Shotcrete, pernos, malla o cerchas.
• Final o Secundario: Realizado con concreto armado bombeado in situ o mediante dovelas prefabricadas.

Función General: Garantizar la estabilidad a largo plazo, la seguridad de los usuarios y la impermeabilidad de la infraestructura.