Resumen

Titulo: Planificacin, proyecto y construccin de tneles de gran longitudAutor: Lpez Fernndez, CarlosTutor: Lpez Pita, Andrs

Los tneles de gran longitud son cada da ms comunes, pasando de ser grandes hitos de laingeniera a una necesidad de la mayora de las lneas de alta velocidad. Gran nmero deinvestigaciones en este joven sector del transporte ferroviario, y la experiencia en su serviciodesde la inauguracin de la lnea Shinkansen en Japn el ao 1964, seguida ms tarde porFrancia, Alemania, Blgica, Suiza, Gran Bretaa, Italia y Espaa; aconsejan la construccinde largos tneles para evitar los problemas y las exigencias causadas por la orografa. y cumplirlos restrictivos parmetros requeridos para la circulacin.La circulacin a velocidades de 200 a 300 km/h, y la planificacin de futuras velocidades de 350km/h, obliga a tener en cuenta restrictivos parmetros, como menores rampas, enormes radiosde curva y la aparicin de nuevos fenmenos, que eran de menor importancia a velocidadesinferiores a 200 km/h, como la resistencia al avance y los cambios de presin dentro deltnel, o el vuelo de balasto, inesperado efecto que oblig a tomar medidas reparadoras enalgunas lneas Japonesas. Estos factores aconsejan, por tanto, para atravesar las grandescordilleras, la construccin de un nico tnel base de gran longitud, con secciones superiorescomo mnimo a 95m2 y a baja cota, en vez de una consecucin de terraplenes, viaductos ytneles de media altitud o de cota, ms cortos y ms elevados, que a corto plazo puedenparecer ms econmicos, pero que sin embargo a largo plazo tiene peores condiciones para elmantenimiento de la lnea.La construccin de un tnel es una de las empresas ms complejas en el mbito de la ingeniera,pese a multitud de estudios y sondeos previos, nunca se tiene la certeza de qu nueva dificultadencontraremos unos metros ms all. Es, por tanto, de inters estudiar las diferentes etapasque llevan a su consecucin, partiendo desde la idea de la nueva lnea, decidiendo qu puntosdel territorio debe conectar y por dnde pasar, hasta llegar a su construccin, analizando losdiferentes fenmenos que llevan a definir los parmetros que condicionan la forma de estainfraestructura y su diseo.Tambin se tratar de definir los mtodos de excavacin de tneles y el modo de llevarlos acabo, as como la informacin topogrfica, geolgica y geotcnica necesaria durante el procesoconstructivo.

i

Abstract

Title: Planning, design and construction of long length tunnelsAuthor: Lpez Fernndez, CarlosTutor: Lpez Pita, Andrs

Long length tunnels are every day more and more common, they are becoming more a ne-cessity of most high speed railways than a milestone in engineery history. A great deal ofresearches in the young railway transport sector, and also, the experience gained on the ser-vice of the Shinkansen Line, which was opened to the public in 1964, in Japan, and laterfollowed by France, Germany, Switzerland, Great Britain, Italy and Spain, and after; recom-mend the construction of long tunnels in order to avoid problems and constrains which arecaused by the orography, and to submit to the restrictive parameters which are required inthis kind of lines.High speed circulation reachs speeds from 200 km/h to 300 km/h, and in the future the trainsare planned to achieve a top speed of 350 km/h, due to this fact we have to take into accountrestrictive parameters such as, less steeped ramps, huge radius of the benchs, furthermore,the appearance of new phenomena, which were no noticeable at lower speed, below 200 km/h;such as, drive resistance and the sudden changes of pressure when going through the tunnel,or as the schotterflug, which was utterly unexpected and made to the Japanese lines to takesteps in order to fix up the railway situation. All these factors, let us see that the best optionto cross through any mountain range is the long length tunnel, whose cross section has to be95m2 and that it should be on a lower height. On the other hand, we would have to constructa string of viaducts, embankments and a bigger number of shorter higher tunnels, which ina short term may give the impression that is more economic, even though, the long-termmaintenance has worse conditions on this sort of line.The construction of tunnel is one of the most challenging and complex works in engineery, inspite of the fact that a great ammount of geological and geotechnical studies are conductedpreviously, you never can be completely sure about what are you going to find in the next step.This is why, it is so interesting the study of the steps required to carry out the constructionof the tunnel. From the mere idea, when the points to be connected by the line have to bechosen, to the construction, passing through the main points of the process, and analising thephenomena that define the parameters which constrain the structure design its final shape.We will also try to define the construction methods used and the way they should be con-ducted, as so the topographic, geological and geotechnic information required during theconstruction process.

ii

NDICE NDICE

ndice

I Introduccin y objectivos 1

II Estado del Arte 3

1. Alta velocidad y muy alta velocidad 3

2. Lneas de Alta Velocidad 32.1. Japn . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

2.1.1. Lnea Tokio -Osaka . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42.1.2. Lnea Osaka - Fukuoka . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62.1.3. Tnel Seikan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

2.2. Europa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72.2.1. Francia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72.2.2. Alemania . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92.2.3. Espaa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102.2.4. Italia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

2.3. Tneles transalpinos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122.3.1. Conexin Lyon- Turn . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122.3.2. Las nuevas lneas transalpinas suizas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

2.3.2.1. El eje del St. Gotthard . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142.3.2.2. El eje del Ltschberg Simplon . . . . . . . . . . . . . . . . 15

2.3.3. Tnel Canal de la Mancha . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

3. Tnel convencional y de Alta Velocidad 163.1. Tipos de tneles ferroviarios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

III Planificacin y proyecto 19

4. Definicin del trazado 194.1. Pre-estudios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 194.2. Estudio corredores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 204.3. Anteproyecto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

5. Proyecto 215.1. Planificacin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 225.2. Topografa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 235.3. Investigacin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 245.4. Geologa y geotecnia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

5.4.1. Tensiones in situ del macizo, recubrimiento y presiones sobre el tnel . 26

iii

NDICE NDICE

5.5. Sondeos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 275.5.1. Mtodos de perforacin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 285.5.2. Sondeos para la consolidacin de terrenos . . . . . . . . . . . . . . . . 28

5.5.2.1. Aplicacin en tneles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 285.6. Excacaciones exploratorias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

6. Diseo 296.1. Parmetros geomtricos de diseo en lneas de alta velocidad . . . . . . . . . 296.2. Trazado en planta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

6.2.1. Parmetros influyentes en el diseo del trazado en planta . . . . . . . 306.2.1.1. Radio mnimo de curva . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 306.2.1.2. Peralte mximo, Insuficiencia de peralte y Exceso de peralte. 32

6.3. Trazado en alzado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 346.3.1. Parmetros influyentes en el diseo del trazado en alzado . . . . . . . 34

6.3.1.1. Radio de los acuerdos verticales . . . . . . . . . . . . . . . . 346.3.1.2. Rampa mxima y longitud de rampa . . . . . . . . . . . . . 35

6.4. Implicaciones tcnicas de la circulacin a alta velocidad . . . . . . . . . . . . 376.5. Parmetros de diseo derivados del anlisis de la dinmica vertical de una rama

de alta velocidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 376.5.1. Defectos de va y rigidez vertical . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

6.6. Va sobre plataforma de balasto y plataforma de hormign . . . . . . . . . . . 396.6.1. Va de balasto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 406.6.2. Va en placa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 416.6.3. El problema del vuelo del balasto (schotterflug): . . . . . . . . . . . . 436.6.4. El problema de los asientos excesivos de terraplenes y pedraplenes . . 436.6.5. Tendencias actuales en la plataforma ferroviaria . . . . . . . . . . . . 44

6.7. Seccin transversal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 456.7.1. Forma del tnel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 456.7.2. Parmetros de diseo derivados de fenmenos aerodinmicos en tneles 46

IV Construccin 51

7. Excavacin mediante voladura de explosivos 517.1. Sistema de avance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 527.2. Tipos de explosivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 547.3. Detonadores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55

7.3.1. Detonadores elctricos: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 567.3.2. Detonadores no elctricos: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 567.3.3. Conectores (para no elctricos): . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56

iv

NDICE NDICE

8. Excavacin mecnica 578.1. Mquinas de ataque puntual . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57

8.1.1. Rozadoras . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 588.1.2. Excavadoras con martillo hidrulico y fresadoras . . . . . . . . . . . . 59

8.2. Mtodos tradicionales de construccin de tneles . . . . . . . . . . . . . . . . 608.2.1. Mtodo Ingls: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 608.2.2. Mtodo Belga: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 608.2.3. Mtodo Alemn: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 608.2.4. Mtodo Italiano: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 608.2.5. Mtodo Austriaco: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 608.2.6. EL NATM (New Austrian Tunnelling Method): . . . . . . . . . . . . . 61

8.3. TBM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 628.3.1. Tuneladoras para roca dura: Topos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 648.3.2. Escudos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65

8.3.2.1. Tuneladoras para rocas blandas y suelos : Escudos . . . . . . 668.3.2.2. Escudos de frente cerrado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67

8.3.3. EPB (Earth Pressure Balance) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 688.3.4. Doble escudo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 698.3.5. Escudo mixto. Mixshield . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70

9. Sostenimiento 719.1. Tipos de revestimiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 719.2. Dovelas de revestimiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72

10.Esquema del proceso constructivo de tneles 73

V Seguridad 76

11.SEGURIDAD 7611.1. Rutas de evacuacin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76

11.1.1. Zonas seguras . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7611.1.2. El tnel paralelo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7711.1.3. Galeras de conexin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77

11.2. Seguridad frente a incendios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7711.3. Consideraciones exclusivamente respecto a los tneles . . . . . . . . . . . . . 78

11.3.1. Equipos de seguridad de tneles: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8011.3.2. Cmo afecta el fuego al hormign estructural: . . . . . . . . . . . . . . 81

VI Conclusiones 83

Referencias 85

v

NDICE DE FIGURAS NDICE DE FIGURAS

ndice de figuras

1. Red de alta velocidad y grfica de la evolucin de la va en balasto y placa enJapn. Fuente: [33] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

2. Situacin del tnel Seikan en el estrecho de Tsugaru. Fuente: [V] . . . . . . . 73. Comparacin del peso relativo de tneles, viaductos y terrapln en varias lneas

de Alta Velocidad. Fuente: [47] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94. Red de Alta Velocidad espaola en el ao 2011. . . . . . . . . . . . . . . . . . 115. Corredores transalpinos. Fuente: [51] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126. Lnea Lyon-Turn. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137. Corredores transalpinos suizos. Fuente: [M] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148. Perfil longitudinal de la lnea, con los tneles de base del Zimmerberg, el Gott-

hard y Ceneri. Fuente: [50] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159. Eje Berln-Npoles. Distinguimos la zona entre Innsbruck y Verona a travs de

los alpes. Fuente: [T] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1610. Clasificacin de tneles respecto a la altitud. Fuente: [2] . . . . . . . . . . . . 1811. Ejemplos de Estudios de corredores sobre levantamientos topogrficos. . . . . 2112. Componentes del Proyecto Bsico y del Proyecto de Construccin. Fuente: [1] 2213. Tnel Pajares, boca norte Fuente: [31] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2314. Relacin entre radio mnimo de curva en planta y velocidad. Fuente: [3] . . . 3215. Radios curvas verticales normativa prRNV13803-1. Fuente: [2] . . . . . . . . . 3516. Evolucin de la velocidad de un tren de mercancas circulando a 120km/h en

presencias de rampas. Fuente:[1] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3617. Secciones de va sobre balasto. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4118. Secciones de vas en placa tipo RHEDA. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4219. Esquema de un trazado de Alta Velocidad con numerosos tneles de pico y de

una alternativa con tnel base ms largo y profundo. Fuente: [33] . . . . . . . 4420. Variaciones de presin en el interior de un tren en la lnea Tokaido. Fuente [2] 4721. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4822. Relaciones coeficiente bloqueo, longitud tnel, resistencia al avance. . . . . . . 4923. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5024. Sistemas de avance en la excavacin de tneles y galeras. Fuente:[13] . . . . . 5325. Banqueo vertical u horizontal en un tnel con avance en dos secciones. Fuente:[13] 5326. Esquema de voladura. Fuente:[13] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5327. Caractersticas de los explosivos y principales aplicaciones. Fuente: [49] . . . . 5528. Pega en seccin de avance de un tnel. Fuente: [13] . . . . . . . . . . . . . . . 5629. Caractersticas de los cortes tipo milling y ripping. . . . . . . . . . . . . . . . 5830. Tipos de rozadoras en el mercado. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5931. Mquina excavadora con martillo hidrulico. Fuente[R] . . . . . . . . . . . . . 5932. Secuencias de distintos mtodos de excavacin. Fuente:[44] . . . . . . . . . . . 6133. Mquina excavadora creada por Beaumont. Fuente: [P] . . . . . . . . . . . . . 6334. Detalle de un disco cortador. Fuente: [W] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63

vi

NDICE DE FIGURAS NDICE DE FIGURAS

35. Tuneladoras tipo Topo. Fuente: [24] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6436. Esquema tuneladora tipo Topo. Fuente: [21] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6537. Escudo abierto Brunel empleado en el Tnel del Tmesis. Fuente: [29] . . . . 6638. Tipos de escudo abierto. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6739. Hidroescudo. Fuente: [21] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6840. Esquema bsico de un escudo de presin de tierras (EPB). Fuente: [21] . . . . 6941. Tuneladora de doble escudo. Fuente: [21] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7042. Esquema escudo mixto. Fuente: [21] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7143. Esquema y detalle de dovelas de hormign armado. . . . . . . . . . . . . . . . 73

vii

Parte I

Introduccin y objectivosLa construccin de un tnel es una de las empresas ms complejas en el mbito de la ingeniera,pese a multitud de estudios y sondeos previos, nunca se tiene la certeza de qu nueva dificultadencontraremos unos metros ms all. An as, el tnel es y ha sido una herramienta parasalvar la barrera que representa la orografa, y permitir establecer nuevas vas comerciales, deviajeros, mercancas y antiguamente tambin de gran importancia para la estrategia militar.Napolen I, ya consider de gran importancia la construccin de vas a travs de los AlpesOccidentales y Centrales, para resolver sus problemas logsticos de transporte de tropas, eimpulsar a su vez impulsar el desarrollo comercial, desatado tras el Tratado de Utrecht, y laembrionaria industria de la poca.No obstante, ya desde tiempos remotos tenemos constancia de que nuestros antepasadosexcavaban tneles. El ejemplo ms antiguo del primer tnel del que se tiene constancia graciasa los relatos de Diodoro de Sicilia, Herodoto y Estrabon, es el tnel de Babilonia, que mandoconstruir Seminaris bajo el ro ufrates, para comunicar el Palacio y el Templo de Belos, enBabilonia, en el ao 2200 a.C. [29]. Otro ejemplo de cmo el hombre ya se las ingeniaba enaquel entonces para minimizar los plazos de excavacin, es el tnel de Ezequas en Jerusaln,calado sobre el ao 700 a.C. En la excavacin del tnel participaron dos equipos que avanzaronsimultneamente desde los dos extremos. El resultado fue un tnel de 450 m para cubrir unadistancia de 300 m, ya que los equipos realizaron numerosos intentos fallidos en direccionesequivocadas.Pero no es hasta el siglo XIX con la aparicin del ferrocarril cuando la excavacin de tne-les alcanza su gran apogeo. El tnel de Terre-Noir en Francia, se podra considerar como elprimer tnel ferroviario del mundo. Terminado en el ao 1826 y con una longitud de 1.476m, se trataba de un camino de carriles traccionado por caballos, que cubra la lnea Roanne-Andrezieux. Ya en la segunda mitad del siglo XIX, se produce un extraordinario progreso enEuropa con la construccin de los tres grandes tneles ferroviarios que permitiran atravesarlos Alpes, realizando excavaciones que superaban los 10 km, cuando todava los medios de losque se dispona por aquel entonces eran bastante rudimentarios. Los primeros en conseguircruzar los Alpes fueron los ingenieros Sommelier, Grandis y Grattoni. Fue con el tnel deMont Cenis, que con una longitud de 13,7 km, conectaron Francia (por Modane) con Italia(por Bardonecchia). Su construccin prevista para 25 aos, se complet en slo 14, entre losaos 1857 y 1871, gracias a las innovaciones tcnicas empleadas por el ingeniero francs Ger-main Sommeillier, desarrollando la primera taladradora de roca, usando la energa hidrulicamediante motores que funcionaban con aire comprimido y llegando incluso a utilizar al finaldel proyecto la recin inventada dinamita. Aos ms tarde, en 1882, se abri el tnel ferro-viario de Saint Gothard con casi 15 km de longitud en Suiza, tratndose de un solo tubo condos vas. Construido por el ingeniero suizo Luis Favre en tan solo ocho aos. La excavacincomenz por ambas bocas en el ao 1872 y termin en 1.880. El tercer tnel ferroviario quecomplet la triada en la lucha por perforar los Alpes, fue el tnel de Simplon I, entre Suiza eItalia, abierto en el ao 1906 y con una longitud de 19,8 km. Gracias a estos tneles se cambila manera de ver el mundo, hacindolo ms pequeo y dndole al sector ferroviario un aura deensueo. Fue a travs del Simpln que se consigui unir Pars con Budapest con la mtica lneaSimplon Orient Express, la cual incluso llegaba hasta Estambul, antigua Constantinopla.Sin embargo, durante el siglo XX el desarrollo del verstil e independiente automvil o losveloces aeroplanos, los que como hizo antes el ferrocarril, cambiaron el concepto de distanciaen el mundo. Arrinconaron al ferrocarril, no dejndole otra opcin que crecer o desaparecer.

1

Fue as, que dando solucin a su falta de competitividad se desarroll a mediados del siglo XXla Alta Velocidad, permitiendo recuperar su sitio al viejo ferrocarril. En 1964 Japn inaugurla primera lnea comercial de alta velocidad, permitiendo viajar a 210 km/h, y abriendo laspuertas del nuevo ferrocarril a Europa, que no tard en construir nuevas lneas.Con la Alta Velocidad llegaron tambin nuevos parmetros y condiciones a tener en cuentapor los Ingenieros de Caminos, tanto en las lneas como en la construccin de tneles, muchoms necesarios stos para el nuevo ferrocarril.El objetivo de esta tesina es analizar las necesidades que surgieron con la Alta Velocidady las nuevas dificultades que deben superarse, las dificultades orogrficas y las exigenciasgeomtricas, que conducen a la construccin de tneles de gran longitud. Prestaremos atencina los aspectos que caracterizan la planificacin, el proyecto y la construccin de estos tneles.Los tneles son obras que no pueden tener un proyecto tipo, sino que cada uno de ellos esun caso particular que debe estudiarse separadamente. La implantacin en el terreno, carac-tersticas geomtricas de alzado y perfil, la seccin transversal y los mtodos de construccinestn estrechamente ligados a la geologa, tipos de terreno, volumen de trfico, zona rural ourbana, etc. Es por ello, que los mtodos de estudio previos son de gran importancia en sudiseo durante la planificacin y proyecto, as como durante su construccin.Para acabar este apartado introductorio, me gustara remarcar que el tnel se trata de laobra civil que mejor preserva el valor del paisaje, debido a que reduce los volmenes demovimiento de tierra, evita la contaminacin del nivel fretico, limita el ruido producido ensu interior y reduce los terrenos a expropiar. En definitiva, se trata de la obra de menorimpacto ambiental. Ambos conceptos: Comunicacin y Medio Ambiente, hacen del tnelun elemento imprescindible en la actualidad.

2

2 LNEAS DE ALTA VELOCIDAD

Parte II

Estado del ArteLa construccin de lneas de alta velocidad es una de las actividades que caracteriza en laactualidad, a la mayor parte de los pases ms avanzados. Las dificultades orogrficas quedeben superarse, por un lado, y las exigencias geomtricas de este tipo de lneas, conduce,en ocasiones a la construccin de tneles de gran longitud. En este contexto la presentetesina pretende profundizar en los aspectos que caracterizan la planificacin, el proyecto y laconstruccin de este tipo de tneles.

1. Alta velocidad y muy alta velocidad

En cuanto a la diferencia entre el concepto de Alta Velocidad y Muy Alta Velocidad, larealidad es que no existe un acuerdo acerca de la implicacin de dichos trminos y cul es ellmite diferenciador entre una y otra.Se acepta generalmente, que el nacimiento de la alta velocidad tuvo lugar con la puesta enfuncionamiento de la nueva lnea Tokio - Shin-Osaka, el primero de Octubre de 1964, alalcanzarse en ella, por primera vez en servicios comerciales de carcter regular, los 210 km/hde velocidad punta, superando de largo las velocidades convencionales de la poca, cercana alos 85 km/h.Sin embargo, unos aos ms tarde en septiembre de 1981, en la lnea Pars - Lyon se estableceun nuevo hito alcanzando inicialmente los 260 km/h de la velocidad mxima, y poco tiempodespus los 270 km/h.An as en 1981 el entonces Secretario General de la UIC, Jean Bouley, designa por altavelocidad a toda circulacin con velocidad superior, a la velocidad mxima que es posiblepracticar en una lnea convencional; es decir, los 200 km/h de velocidad punta. (Referencialibro Pita Alta velocida en el ferrocarril)Con lo que aceptando esta premisa, estableceremos como alta velocidad el rango entre los 200y los 300 km/h, y el trmino muy alta velocidad quedar asignado a las circulaciones quesobrepasen los 300 km/h.

2. Lneas de Alta Velocidad

El gran hito que supuso la construccin de la primera lnea de Alta Velocidad en Japn en1964, dio inicio a una era completamente nueva del transporte por ferrocarril, impulsando lacreacin de lineas de alta velocidad en otros pases e inyectando esperanzas a una industria queempezaba a declinar. Haciendo as, de la segunda mitad del siglo XX hasta la actualidad unapoca de resurgimiento del medio ferroviario, permitiendo, por fin, competir con el automvil yel transporte areo. Despus del desarrollo de las lneas japonesas, un gran nmero de pasesiniciaron el desarrollo de la alta velocidad, empezando por Francia y siguiendo Alemania,Italia, Gran Bretaa, Blgica, Suiza y Espaa; a los que se han aadido recientemente pasesemergentes como Corea, Taiwn y China.

3

2.1 Japn 2 LNEAS DE ALTA VELOCIDAD

2.1. Japn

El principal inconveniente al que tiene que enfrentarse la Alta Velocidad japonesa es la orogra-fa. La topografa por la que tienen que transcurrir sus lineas de alta velocidad es francamenteadversa. Japn es un pas muy compacto con escasamente 200 km de ancho y formando elconjunto de sus islas una cadena montaosa, por lo que slo existe una cuarta parte del terri-torio llano, concentrado en la zona prxima a la costa. En estas zonas es donde se agrupa lamayor parte de su poblacin, pero para conectar estas regiones hay que atravesar una largasucesin de cadenas montaosas (las Hida, las Kiso y las Akaishi), que dividen el archipilagoen dos mitades, una del lado del Ocano Pacfico y la otra del lado del Mar del Japn. Elnico modo de salvar estas barreras ha sido construir gran cantidad de tneles y viaductos.A continuacin analizaremos alguna de las lneas del trazado de alta velocidad japons.

2.1.1. Lnea Tokio -Osaka

La vieja lnea entre las dos principales ciudades del territorio nipn, Tokio (6,7 millones dehabitantes) y Osaka (3,8 millones), se efectuaban por una lnea de ancho mtrico, a lo largode ms de 550 km, equipada con doble va en los 4/5 de su longitud y con cuatro vas en elresto de su recorrido. En algunos tramos de sta, el trfico soportado era de 120 a 200 trenespor da, soportando tanto trfico de viajeros, como de mercancas.A mediados de los aos 50 del siglo XX, es razonable por tanto, afirmar que en perspectivade que el trfico por ferrocarril siguiera creciendo la mencionada lnea se acercaba a su lmitede capacidad. La bsqueda de la solucin pasaba por la construccin de una nueva lnea.Para resolver los problemas de falta de capacidad en el sistema ferroviario japons se presen-taron varias soluciones o alternativas.

1. Construccin de una nueva lnea de ancho mtrico no paralela. (Hubiese aumentado lavelocidad de circulacin).

2. Construccin de una nueva lnea paralela a la existente entre Tokio y Osaka de anchomtrico. (Hubiese aumentado la capacidad existente y la flexibilidad de explotacin).

3. Realizacin de una nueva lnea de ancho internacional apta para circulaciones a altavelocidad. [Referencia libro Pita Alta velocidad en el ferrocarril]

La tercera opcin era la ms arriesgada, no haba precedentes. Antes de la construccindel Shinkansen slo un tren experimental haba alcanzado los 210 km/h entre Marienfelde yZossen, en Alemania. Los problemas que se encontraran para llevara a cabo su funcionamientocomercial eran todava una incgnita.La construccin de la obra requera una gran inversin por sus mayores requerimientos deparmetros geomtricos (radio mnimo de las curvas en planta 2500 metros, rampas,etc.), loque obligaba por la orografa a realizar grandes tramos en tnel y viaducto. La financiacinde la linea no estaba garantizada, se tuvo que financiar mediante crdito del BM. El coste deconstruccin se estim inicialmente en 200.000 millones de yenes, de los cuales 80 millones dedlares provenan del prstamo del Banco Mundial. Los costes, como suele ser habitual hoyen da, aumentaron a medida que se llevaba a cabo la construccin, por lo que la inversintotal fue de 380.000 millones de yenes, casi el doble de lo estimado inicialmente. Con el riesgoaadido de que si el proyecto no funcionara, el ancho internacional no permitira conectar lalnea al sistema ferroviario existente. Finalmente, como se pudo ver fue todo un xito y elprstamo del Banco Mundial pudo ser devuelto ntegramente en 1982, 18 aos despus de lapuesta en marcha del Shinkansen.

4

2.1 Japn 2 LNEAS DE ALTA VELOCIDAD

Para construir la linea Tokaido se estableci un plazo de ejecucin de la obra muy ajustado.Tenan que realizarse los 515 km del recorrido en 5 aos para que su inauguracin coincidieracon los Juegos Olimpicos de Tokio de 1964. Por ello se ajust el trazado al mximo a laantigua linea Tokaido de ferrocarril convencional que ya exista por aquel entonces.Este trazado discurra muy prximo al litoral evitando as las cordilleras montaosas entreTokio y Osaka. Se limitaba as la construccin de tneles, viaductos o puentes que ralentizaranel proceso. Esta decisin provoc una importante limitacin en los parmetros del trazado.As pues, el trazado entre Tokio y Shin-Osaka tiene 49 tneles entre Tokio y Nagoya, y otros31 entre Nagoya y Osaka. Del total de estos 80 tneles la mayora son cortos, salvo 18 quetienen ms de 1 km de longitud y el de Tanna, de 7,9 km. Este ltimo, entre Mishima y Atami,ya se haba empezado a construir en 1942 como parte del proyecto del danghan ressha, [38]pero la obra haba sido abandonada por falta de fondos en la posguerra. Al final result untrazado de 515 km, con 89 km bajo tnel y 174 sobre puente o viaducto.

Figura 1: Red de alta velocidad y grfica de la evolucin de la va en balasto y placa en Japn.Fuente: [33]

En la figura 1, sobre estas lneas y observamos las lneas de alta velocidad japonesas y elao de puesta en circulacin, podemos ver como las lneas circulan por el litoral de la isla,evitando las principales dificultades orogrficas, excepto la lnea Joetsu que es la de mayorproporcin de lnea en tnel, y en consecuencia una de las que tiene mayor proporcin de

5

2.1 Japn 2 LNEAS DE ALTA VELOCIDAD

kilmetros en va sobre placa de hormign, que como veremos ms adelante ser la tendenciaen la mayora de lneas europeas.La lnea Tokaido se dise para una velocidad de 220 km/h, con lo que tena que trabajarcon radios generosos que permitieran circular en curva de forma segura y confortable para losviajeros. Por ello se tom como valor mnimo radios de 2500 m. Las pendientes mximas selimitaron a 1,5% en casi todo el trazado, exceptuando tramos cortos de menos de 1 km querequirieran pendientes de hasta un 2% por razones meramente constructivas. Si comparamoseste valor con los recomendados por el profesor Lpez Pita, observamos que con este valorpodramos alcanzar una velocidad de hasta 230 km/h. (Grafico curvas velocidad)Finalmente podemos asegurar que la lnea Tokaido fue un acierto, nuevas lneas fueron cons-truidas hasta alcanzar la cifra de longitud total de 2176 km. En construccin se encuentran634 km y en fase de planificacin 533 km. En cuanto al nmero de pasajeros aproximadamentetransporta un nmero de 336 millones de pasajeros por ao (2007), una media de 820.000 porda.El xito de la lnea Shinkansen llev a un entusiasmo y orgullo que provoc un afn porconstruir ms lneas en el pas conocido como Shinkansen fever (Fiebre Shinkansen). Estempetu se vio culminado con la Ley Nacional de Desarrollo del Shinkansen (Zenxoku Shin-kansen Tetsud Seibi H). sta propona una red de 7.000 km, que debera ser finalizada en1985. Sin duda se trataba de un plan increblemente ambicioso, que tuvo que ser replanteadoy recortado debido a diferentes crisis econmicas en el pas. En ese momento en Japn existan515 km en servicio y slo se haba comenzado con la extensin de la lnea desde Osaka hastaOkayama.

2.1.2. Lnea Osaka - Fukuoka

La primera lnea en construirse despus de la experiencia de Tokaido fue la Sany Shinkansen,entre Osaka y Fukuoka se ejecut en dos tramos: primero entre Osaka y Okayama (inauguradoen 1972), y a continuacin entre Okayama y Fukuoka (1975). Esta lnea era una especie deextensin de la Tokaido Line, uniendo as Tokio con todo el litoral del sur de Honsh y quedeba unir Osaka con el extremo septentrional de la isla de Kyshu. Al construirse tras laTokaido Line permita corregir errores y seguir innovando. As, por ejemplo, el radio mnimose agrand para conseguir mayores velocidades.En este corredor ya era ms complicado evitar tneles y viaductos. El motivo fue que estalinea se proyect para 260 km/h por lo que el trazado era mas rgido, siendo ms complicadoadaptarse a la topografa existente. Con la Tokaido Line se vio que para conseguir una mayorvelocidad comercial se necesitan radios mayores. Por lo tanto para alcanzar velocidades dediseo de 260 km/h se tuvo que aumentar el radio mnimo hasta los 4000 m. Este es el valoren aproximadamente toda la Sanyo Line. Los resultados son claros: para una longitud similara la del Tokaido Shinkansen, tenemos ms del triple de kilmetros en tnel (281 km).Este dato da una idea de la accidentada geometra del corredor. Hay que destacar tambinel incremento de las longitudes de los tneles. De los 129 tneles entre Osaka y Hakata, 40son de ms de 2 km de longitud. Con el tnel de Shin- Kanmon (18,7 km), se unan porprimera vez las islas de Honsh y Kyshu por ferrocarril. Los terraplenes, tan abundantes enla lnea Tokaido perdan peso, dejando paso a tneles y viaductos, tendencia que an hoy vaaumentando progresivamente.En este mismo periodo expansivo, tambin se inici la construccin de dos lneas ms: Thokuy Jotsu Shinkansen en el norte de Honsh. La tendencia de eliminacin de terraplenes se vioratificada con su construccin. Se trata de una zona muy accidentada, que requiere mltiplestneles. Las lneas preexistentes circulaban de forma sinuosa por las zonas montaosas. Con

6

2.2 Europa 2 LNEAS DE ALTA VELOCIDAD

la construccin del tnel de Iwate Hachinohe, por ejemplo, se consigui reducir el tiempode viaje entre Tokio y Hachinole en 44 minutos. [53] Con las condiciones ms restrictivas detrazado y gracias a las innovaciones tecnolgicas, empez una clara tendencia a evitar lostneles de cota, como los existentes en la lnea Tokaido, para centrarse en los tneles de base,de mayor longitud y que se adaptan mejor a los elevados radios que exige la alta velocidad.Entre estas dos lneas se construyeron 8 tneles de ms de 10 km, 3 de ellos de ms de 20(Hakoda, Iwate- Ichinohe y Dai-Shimizu).

2.1.3. Tnel Seikan

El tnel de Seikan situado en el estrecho de Tsugaru, merece una atencin especial. En 1954 untifn provoc el hundimiento de cinco ferries causando ms de 1.000 muertos. El gobierno sevio obligado a buscar una manera ms segura de cruzar este peligroso estrecho, entre las islasde Honsh y Hokkaido (figura 2 ). Inicialmente se plante unir Honshu y Hokkaido por unasucesin de puentes, pero la tecnologa del momento y las condiciones climticas imprevisiblesdesaconsejaron esta opcin. Se opt finalmente por un tnel que empezara a construirse 10aos ms tarde. Sin tuneladora, la obra se prolong hasta 1989, convirtindose en el tnelferroviario ms largo del mundo con 53,85 km de longitud, con 24,5 km bajo el estrecho deTsugaru. Se dise para poder albergar trenes Shinkansen en seccin nica de 74 m2, perola gran inversin requerida para extender la red Shinkansen hasta Hokkaido fren la llegadadel tren bala hasta la isla. Actualmente circulan trenes de ancho mtrico por el tnel, pero,se estn llevando a cabo obras para adaptar la va y los equipos a los trenes Shinkansen paraque puedan circular por esta lnea en un futuro prximo.

Figura 2: Situacin del tnel Seikan en el estrecho de Tsugaru. Fuente: [V]

2.2. Europa

2.2.1. Francia

En el plano europeo, la era de la alta velocidad se desarrolla a partir de septiembre de 1981,con la apertura de la nueva lnea Pars - Lyon, en donde se alcanzan inicialmente los 260km/h de la velocidad mxima y, poco tiempo despus, los 270km/h.Francia antes de llevar a cabo su aventura en la alta velocidad, a diferencia de los japoneses,dispona de una considerable experiencia. La SNCF (Socit Nationale des Chemins de FerFranais), en el perodo entre 1960 1967, realiz ms de 240 circulaciones experimentalescon velocidades punta entre 200 y 250km/h; e incluso un mayor nmero de pruebas entre1967-1978 a velocidades iguales o superiores a 300km/h.

7

2.2 Europa 2 LNEAS DE ALTA VELOCIDAD

Francia estableci el precedente dentro de la UE, impulsando que la Comisin Europea dispu-siera en 1986 la intencin de establecer una red europea de alta velocidad, un ao ms tardeel Parlamento Europeo adopt una resolucin en el mismo sentido, de modo que a comienzosde los 90, la propia Comunidad Europea present el Esquema Director de la red europea conhorizonte en el 2010.

Lnea Pars- Lyon El ferrocarril siempre ha tenido el empeo y la voluntad de reducirlos tiempos de viaje en los servicios interurbanos de viajeros para los trayectos de larga ymedia distancia. Sin embargo, pese a su xito, perdan cuota de mercado respecto de lascarreteras y el avin. En paralelo a esta situacin, la capacidad de transporte de la lneaPars-Lyon se iba agotando. El tramo entre St. Florentin y Dijon, se alcanzaban circulacionesdel orden de 250 trenes / da. Magnitud situada en el lmite superior del nmero de trenesde viajeros y mercancas que una lnea puede soportar una lnea convencional equipada conlos ms modernos sistemas de sealizacin.Para dar respuesta a esta falta de capacidad se barajaron dos opciones:

1. Cuadruplicar la lnea en la seccin St. Florentin Dijon. (Hubiera mejorado la capacidadde la lnea y su flexibilidad de operacin).

2. Construir una nueva lnea adaptada a circulaciones a alta velocidad.

La segunda opcin era la que mejoraba mejor la oferta de los ferrocarriles franceses paraser ms competitivos con los otros modos de transporte, que iban comindole terreno da ada. Construyendo la nueva lnea con servicios de Alta velocidad, lograron recuperar ms deun 25% de la cuota de mercado que le haban ganado el avin y el automvil al ferrocarril,durante los aos 60.Desde 1969, ao en que la SNCF envi al gobierno francs el proyecto de la nueva lnea Pars-Lyon en el corredor Pars Sudeste, hasta el inicio de las obras en 1976, hubo gran cantidadde opositores a la nueva lnea, entre ellos, como era de esperar, una compaa area francesa.Finalmente, la Delegacin de Planificacin territorial (DATAR) vio la necesidad estratgicade la lnea y las claras ventajas energticas del medio ferroviario, en el contexto de la crisis delpetrleo (1973-74). La mayor parte de los vuelos intraeuropeos se dan en distancias cortas cer-ca de los 600 km, donde el tren de alta velocidad tiene un mayor atractivo. Adems los ltimosestudios del UIC (2008) indican que los costes asociados externos (ruido, polucin, cambioclimtico, etc.) al modo de transporte areo y ferroviario son de 22, 9millones/1000viaj.kmpara el ferrocarril, frente los 52, 5millones/1000viaj km del avin. [1]La construccin de la nueva lnea fue un acierto, todas las poblaciones afectadas por staentre Pars y Lyon se vieron beneficiadas, en conjunto a ms de 30 millones de habitantes.Esto se puede ver en la gran cantidad de pasajeros que tuvo, llegando a duplicar su nmeroen slo 10 aos (1980 1990) y en el aumento de los kilmetros de lnea que pas de 419 kmen 1983 a 1872km en el 2009,En cuanto al diseo de la lnea cabe destacar que con el propsito de evitar la construccin detneles se dise con pendientes mximas de hasta el 35 . sto fue posible gracias a que elrelieve que predomina en Francia es llano. Ms de dos tercios de su territorio no alcanzan los250 m de altura, sobretodo en el oeste, en el llamado corredor Atlntico. Con la adopcin deesta magnitud de rampa mxima en lugar del 15, como en el ferrocarril japons, el estadofrancs consigui una reduccin cercana al 30% en los costes de construccin de la lnea. Enla figura 3, bajo estas lneas, podemos ver la relacin entre el porcentaje de tneles, viaductosy terrapln de las principales lneas de los ltimos 50 aos del siglo XX, donde se apreciala inexistencia de viaductos y apenas tneles en las lneas francesas, lo que contrasta con la

8

2.2 Europa 2 LNEAS DE ALTA VELOCIDAD

necesidad de estas soluciones en el pas nipn. El resto de parmetros geomtricos de diseo,fueron adoptados segn la experiencia en la lnea Tokaido, excepto el radio mnimo de curvaadoptado, entre 3250 y 4000 m. ste fue mayor ya que se busc conseguir velocidades puntamayores, de hasta 270 km/h.

Figura 3: Comparacin del peso relativo de tneles, viaductos y terrapln en varias lneas deAlta Velocidad. Fuente: [47]

Las ltimas lneas abiertas a la explotacin comercial en territorio francs, concretamente elTGV-Mediterrneo (2001) y el TGV-Este (2007), fueron proyectadas con radios minimos decurva de 7000m, para permitir velocidades punta superiores a 300km/h.Pero tambin existen importantes formaciones montaosas como los Pirineos en el sur ha-ciendo frontera con Espaa y los Alpes en el noreste haciendo frontera con Italia y Suiza. Enestas dos formaciones montaosas Francia, en colaboracin con otros pases como Espaa eItalia, ha construido importantes tneles como es el caso de Le Perthus en Pirineo Oriental(Figueres-Perpignan finalizado en 2009) que da continuidad al corredor del Mediterrneo yque tiene una longitud de 8,200m de los cules 7.400 son franceses y 800 espaoles. El yacomentado Lyon-Turn, actualmente en construccin, formar parte del corredor transalpinoque unir Francia con Italia. Una de las lneas ferroviarias con ms kilmetros en tnel es lacontinuacin a Marsella, la lnea TGV Mediterranee, de 250km, que se abri el 7 de junio de2001. Esta lnea tiene 9 viaductos grandes, 16 corrientes y 8 tneles o falsos tneles, de loscules los ms importantes son el de la Galaure (2,686m), Tartaiguille (2,340m) y el tnely falso tnel de Marsella (7,834m, el ms largo de la red francesa tras La Mancha) tnelesde100mde seccin libre y 4, 8m de entreva para 300km/h y 63 m2 libres para230km/h. Unafecha sealada para la alta velocidad fue el 17 de octubre del 2000 cuando crcul en fase depruebas ung TGV a 350km/h por el tnel de Tartaiguille.

2.2.2. Alemania

El avance de la red ferroviaria de alta velocidad Alemana comenz en abril de 1991 y 1992 conlos tramos de nuevas vas Hannover-Wurzburg (327km, 60 tneles con 121, 6km de longituddonde el tnel mas importante es el Landrucken tunnel de 10, 8km) y Mannheim-Stuttgart(92km), donde los trenes estn autorizados para circular a 280km/h. Con ellos quedabanunidos por la alta velocidad Hamburgo, Hannover, Fulda, Frankfurt, Mannheim, Stuttgarty Munich. En 2002 se abri la lnea Colonia-Frankfurt, esta lnea de Alta Velocidad fue la

9

2.2 Europa 2 LNEAS DE ALTA VELOCIDAD

primera en Alemania en trfico exclusivo de pasajeros con los ICE-3, diferencindose de lasotras lneas alemanas que son de trfico mixto. Esta lnea tiene 30 tneles (6 falsos tnelesy 23 de 150 m2 de seccin excavada de 13 m de altura y 12-15 m de ancho; 95 m2 libresconstruidos con el NATM pero con pequeas superficies de frente abierto, cuatro secciones,(mtodo patentado por la empresa austriaca ILF como vier-stollen), con un total de 47km entnel de los que el mayor es el Schulwald de 4, 5km de longitud y 165 m2 de seccin.

2.2.3. Espaa

Espaa ha sido el ltimo miembro de la unin europea en subirse al tren de la Alta Velocidad,y quiz por ello con un excesivo entusiasmo.Los condicionantes orogrficos de la geografa espaola han colocado, histricamente, al fe-rrocarril espaol al frente de las redes europeas con mayores dificultades de trazado, tantoen planta como en alzado. Ms de un 30% de sus lneas tienen pendiente superior al 1% yalrededor de un 15% tienen radios mnimos de curva menores a 500m, con lo que la velocidadmxima de stas lneas se sita prximo a 100km/h.Tambin sabemos que para rampas con inclinacin en torno al 10, se acepta, generalmente,que por encima del mismo se dificulta sensiblemente la carga remolcable de un tren, por lotanto ambas variables, radio mnimo y rampas superior al 10, se usan como indicadores delas posibilidades comerciales de la lnea.Teniendo en cuenta, lo recientemente expuesto es lgico que las velocidades comerciales msrpidas del ferrocarril espaol al finalizar la dcada de los aos 70 del siglo XX estuvieransituadas en torno a 75 95km/h y slo el 15% de su longitud dispusiera de va doble. Enla segunda mitad de los aos 70 empez la preocupacin por la necesidad de mejorar elsistema ferroviario, queda de manifiesto en el Plan General de Ferrocarriles de 1981, queexpona la falta de inversin que haba tenido el sector y su necesidad de mejoras. Este planprevea a 12 aos vista alcanzar mayor frecuencia, confort y calidad de servicio; y velocidadescomerciales de 110km/h. El plan qued en papel mojado, pero en 1987 se prepar el Plan deTransporte Ferroviario, que prevea nuevos accesos al sur (variante Brazatortas- Crdoba) ynorte -noroeste (variante de Guadarrama) de Espaa, para velocidades de 200 250km/h.

Lnea Madrid-Sevilla En el ao 1992 se inaugur la lnea Madrid Sevilla, haciendocoincidir el acontecimiento con la Expo 92 (celebrada en Sevilla), como muestra al mundodel podero y resurgir de la economa espaola dentro del marco de la Unin Europea (inscritaen ella desde 1986). La lnea fue un xito, ya a partir de su primer ao de explotacin completaadquiri una cuota del 80% del mercado y la ha seguido manteniendo.

Lnea Madrid Barcelona La conexin Madrid Zaragoza Barcelona se realiz en dostramos, primero lleg hasta Zaragoza en el 2003 y finalmente a Barcelona en el 2008, despusde grandes retrasos y a pesar de que una gran parte del sector profesional defenda la realiza-cin de este enlace ya a mediados de los aos 80. Los opositores, sin embargo, argumentabanque el ferrocarril directo de Madrid a Barcelona a alta velocidad no era rentable, ni viabletcnicamente, que su construccin en ancho internacional rompera la homogeneidad de lared ferroviaria nacional. Actualmente es la lnea de alta velocidad ms rentable de todo elterritorio espaol. El enlace de la lnea con las lneas francesas en Perpignan desde Barcelona,programada para el ao 2012, actualmente se encuentra totalmente paralizado a causa de lacrisis econmica de 2008.En la figura 4, a continuacin tenemos un mapa con las lneas de alta velocidad existentespor el momento en Espaa.

10

2.2 Europa 2 LNEAS DE ALTA VELOCIDAD

Figura 4: Red de Alta Velocidad espaola en el ao 2011.

2.2.4. Italia

Al igual que el resto de pases que adoptaron el sistema ferroviario de alta velocidad, Italianecesitaba mejorar la calidad de la oferta por ferrocarril a mediana y larga distancia. Eltrfico por carretera le haba ido ganando terreno desde la dcada de los aos 50, hasta elpunto que en los aos 70 la cuota de mercado del tren era tan slo del 18%. Las velocidadesmximas en el 57% del recorrido de la lnea Roma Florencia eran de 90 105km/h, debidoa los pequeos radios de sus curvas y la falta de capacidad de la lnea obligaba a buscar unasolucin.La FS (Ferrovie dello Stato), opt por la opcin de desdoblar la mayora de las lneas, mejo-rando su capacidad y la velocidad del servicio; y limit nicamente a la seccin Bolonia-Milny a la nueva lnea entre Roma y Florencia, la construccin de nuevas lneas aptas para al-ta velocidad. Lineas aptas para velocidades de 250km/h y con radio mnimo en curva de3000m, mucho menor que las lneas construidas en ese momento en el resto de Europa yJapn (dcada de los aos 80). A partir de 1986, se llevaron a cabo estudios que concluanque era necesario construir cerca de 1200km de nuevas lneas, con el objetivo de formar unsistema de alta velocidad en T con las lneas entre Miln y Npoles; y las lneas tranversalesentre Turn y Venecia.Como pas montaoso que es, Italia siempre a requerido la construccin de gran nmero detneles en sus trazados. El tramo mas espectacular es el cruce de los Apeninos de la lineade alta velocidad Florencia-Bolonia, de 78, 5km de los cules 73,3 son tneles (Vaglia de18, 4km, Firenzuola de 14, 3km, Raticosa de10, 4km y Pianoro de 10, 3km, entre otros, sonalgunos de los ms destacados). Este tramo se encuentra abierto desde el 13 de diciembrede 2009. Todos los tneles se construyeron por el mtodo ADECO-RS, del profesor Lunardi,que consiste bsicamente en un NATM a plena seccin con la estabilizacin del frente pormedio de bulones de fibra de vidrio inyectados y que ha llevado a unos avances mensualesmuy bajos, similares a los de los tneles alpinos del siglo XIX. [52]

11

2.3 Tneles transalpinos 2 LNEAS DE ALTA VELOCIDAD

2.3. Tneles transalpinos

El problema que hay en Suiza y en general en todos los pases colindantes con los Alpes,es que hasta ahora se haban estado aprovechando los antiguos tneles y pasos montaososferroviarios y carreteros para el transporte de mercancas y viajeros, pero la gran cantidad detrfico existente ha colapsado todas estas infraestructuras, aumentando significativamente elriesgo de accidentes, principalmente en los tneles carreteros (Tnel: Mont Blanc 39 muertos,Tauern 12 muertos, Gothard 12 muertos, Frejs 2 muertos). El paso del trfico ferroviariointernacional en los Alpes suizos se realiza mediante dos pasajes, el tnel de Saint-Gothard y elde Ltschberg-Simplon. En cuanto al transporte por carretera, los principales puntos de pasoson el tnel San Bernardino y sobre todo el de Saint-Gothard. El paso del trfico ferroviarioen los Alpes franceses nicamente se puede realizar por dos sitios, el costero Vintimille y porlos tneles Mont-Cenis y Frejus de la lnea Maurienne. Con relacin a los puntos de pasopor carretera, el trfico se concentra en tres grandes itinerarios: al sur el pasaje costero porVintimille y al norte el tnel de Mont-Blanc y el de Frejs.Ms de un tercio del trafico que se dirige o proviene de Italia, circula a travs de los cuatropasos alpinos austriacos (Brenner, Tauern, Schober y Semmering), en especial a travs delBrenner, que constituye el eje norte-sur mayormente utilizado por el transporte de mercancasde largo recorrido sobre el arco alpino (ver figura 5 ).

Figura 5: Corredores transalpinos. Fuente: [51]

Para hacer frente a este problema y buscar soluciones se formo AlpTransit, tambin conocidocomo New Railway Link through the Alps NRLA (Nuevo Enlace Ferroviario a travs delos Alpes), se trata de un proyecto federal suizo para construir un enlace ferroviario rpidode norte a sur a travs de los Alpes suizos mediante la construccin de tneles de basea niveles de cota muy inferiores a los de los actuales tneles. Otros pases como Austria yFrancia tambin colaboran en el proyecto con la construccin de nuevos tneles de base.

2.3.1. Conexin Lyon- Turn

La idea de construir una nueva conexin ferroviaria transalpina entre Francia e Italia surgia principios de los anos 1990, y en 1994 el proyecto Lyon-Turin fue escogido entre los 14proyectos prioritarios establecidos por el Consejo Europeo de Essen, formando parte del de-nominado corredor de Alta Velocidad/Transporte Combinado Francia-Italia, que se extiendede Lyon a Trieste, junto a la frontera eslovena

12

2.3 Tneles transalpinos 2 LNEAS DE ALTA VELOCIDAD

La nueva relacin ferroviaria permitir conectar las redes de alta velocidad francesas e italia-nas, situando Lyon a menos de 1 hora y 45 minutos de Turn y Pars a poco mas de 4 horasde Miln. Esta conexin no seguir un trazado nico y directo, sino que estar compuestapor diversas infraestructuras, algunas de ellas mixtas y otras especficas para cada uno de lostrficos que sern puestas en servicio progresivamente. Como puede observarse en la figura6.b. , el proyecto puede dividirse en dos secciones principales:

Una seccin entre Lyon y el Surco Alpino, a la altura de Montmelian, constituida pordos itinerarios paralelos, uno destinado al trfico de mercancas y el otro al de viajeros.

Una seccin mixta entre el Surco Alpino y Bruzolo, que incluye la construccin de untnel de base internacional de 53,1 km de longitud entre Saint-Jan-de-Maurienne yVenaus.

El proyecto se completara adems con la construccin de una circunvalacin ferroviaria en laciudad de Turn que ser utilizada exclusivamente por el trfico de mercancas. Observamosen la figura 6.a. la diferencia de cota entre el viejo tnel de cota de la lnea convencional y elnuevo tnel de base.

(a) Seccin longitudinal del nuevo tnel base Lyon-Turn.Fuente: [51]

(b) Nueva conexin Lyon- Turn. Fuente: [51]

Figura 6: Lnea Lyon-Turn.

2.3.2. Las nuevas lneas transalpinas suizas

Por su posicin central en Europa, los ejes norte-sur suizos constituyen uno de los principalescorredores de trafico internacional en Europa, especialmente de trafico de mercancas conec-tando los pases del norte con Italia y el sureste del continente. El aumento espectacular deltrafico por carretera experimentado en los pases alpinos en las ultimas dcadas ha provocadola puesta en marcha de los proyectos ferroviarios para mejorar la infraestructura existente.Entre ellos destaca la realizacin de las nuevas relaciones Zurich-Milan va el Saint-Gothardy Berna-Miln va Lotschberg (figura 7 ), ya que permitirn conectar la red de alta velocidadalemana con la italiana contribuyendo as a la creacin de una autentica red europea de altasprestaciones.

13

2.3 Tneles transalpinos 2 LNEAS DE ALTA VELOCIDAD

Figura 7: Corredores transalpinos suizos. Fuente: [M]

2.3.2.1. El eje del St. Gotthard La pieza maestra del nuevo eje ferroviario del Saint-Gothard, representado en la figura 8, sera el nuevo tnel de base que enlazara Erstfeld conBiasca. Con sus 57 km de longitud constituir el tnel ferroviario mas largo del mundo,superando los50, 5km del tnel del Canal de la Mancha y los 53, 9km del tnel de Seikan.Su entrada en servicio esta prevista para el ano 2017. En cuanto a su coste, este asciendeaproximadamente a 7.500 millones de euros. A partir de Giustizia los trenes circularan porla linea actual hasta el sur de Bellinzona, donde una nueva seccin de linea dar acceso aun nuevo tnel de base: el tnel del Ceneri (figura 8). Este tnel, de 15, 4km de longitud,unir la zona de Vigana (boca norte) con Vezia (boca sur). Al sur de Vezia, el tnel de baseenlazara con la linea actual por la que los trenes se dirigirn hacia Lugano. La apertura estaprevista en 2019. Para mejorar las relaciones de la Suiza oriental con el eje del Saint-Gothard,el proyecto contempla la realizacin del tnel de base del Zimmerberg, con una longitud de20km y dividido en dos partes. El tnel de base del Zimmerberg unir Zurich y la regin deLitti. La primera parte de este tnel, que enlaza Zurich con la regin de Thalwill, ha sido yarealizada dentro del proyecto Rail 2000 y esta en servicio actualmente. En Nidelbad/Thalwillse realizara una obra de bifurcacin subterrnea a partir de la cual empieza la segunda partedel tnel que desembocara en Litti, localidad situada al norte de Zug. Tanto estas obras comolas del Ceneri empezaron en 2006. [27]Una vez puestos en servicio los tres tneles de base (tnel del Zimmerberg, tnel del Saint-Gothard y tnel del Ceneri) se crear un eje ferroviario de altas prestaciones cuyo punto maselevado no superar los 550 metros de altitud y que sera significativamente mas corto que elrecorrido por la linea clsica (figura 8 ).

14

2.3 Tneles transalpinos 2 LNEAS DE ALTA VELOCIDAD

Figura 8: Perfil longitudinal de la lnea, con los tneles de base del Zimmerberg, el Gotthardy Ceneri. Fuente: [50]

2.3.2.2. El eje del Ltschberg Simplon El proyecto NLFA completo el eje ferroviariodel Ltschberg en 2007, con un nuevo tnel de base de 34, 6km de longitud entre Frutigen, enel valle del Kander (cantn de Berna) y Rarogne, en el valle del Rhone (cantn del Valais).Con su puesta en servicio, la linea de base del Ltschberg-Simplon constituye el primer ejeferroviario transalpino de gran glibo, mejorando el transporte de mercancas. El coste deconstruccin del tnel ascendi a unos 2.700 millones de euros.

Tnel del Brenero, la conexin Innsbruck Verona El eje ferroviario Munich-Verona,conocido como el eje del Brenner, forma parte de uno de los corredores ferroviarios estratgicosde Europa que se extiende de Berln a Verona, conectando Escandinavia, Alemania, Austriae Italia y siendo tambin de gran importancia para la conexin con Grecia.Debido a su importancia crucial en el mbito del transporte de personas y, sobre todo, de mer-cancas entre el norte y el sur del continente europeo, el corredor Berln-Verona fue escogidopor el Consejo Europeo de Essen en diciembre de 1994 entre los 14 proyectos prioritarios deinsfraestructura, constituyendo el denominado proyecto de Alta Velocidad/Transporte Com-binado Norte-Sur. En 2001, el corredor fue extendido hasta Npoles, conectando as el nuevoeje del Brenner con la red ferroviaria de alta velocidad italiana, como vemos en la figura 9.El trnsito a travs de esta ruta ha aumentado de manera exponencial generando un cuellode botella. Por esta causa, la pieza central del nuevo eje Munich-Verona ser el nuevo tnelde base del Brenner que se extender entre Innsbruck y Fortezza. La construccin de esta obrasingular de 56 km de longitud evitar, la circulacin de los trenes por la lnea de montaaactual. De esta manera, se incrementar considerablemente la velocidad del paso alpino y lacapacidad de la lnea para el transporte de mercancas.Actualmente, debido a la gran pendiente del trazado ferroviario existente, los trenes de mer-cancas tienen limitada la velocidad a 50km/h y el peso mximo a 1,600t, debiendo usar doso tres locomotoras. Una vez completado el nuevo tnel de Brenner los trenes de mercancaspodrn atravesar el paso con pesos de hasta 3,000t y sin la necesitad de traccin adicional.Asimismo los trenes de pasajeros podrn circular hasta250km/h reduciendo sensiblementelos tiempos de viaje de los recorridos transalpinos.Por razones de seguridad todos estos nuevos tneles transalpinos consistirn en dos tubos deuna sola va cada uno, conectados cada 300m aproximadamente mediante tneles transver-sales menores. Estas conexiones permitirn la evacuacin desde un tnel hacia el otro.

15

3 TNEL CONVENCIONAL Y DE ALTA VELOCIDAD

Figura 9: Eje Berln-Npoles. Distinguimos la zona entre Innsbruck y Verona a travs de losalpes. Fuente: [T]

2.3.3. Tnel Canal de la Mancha

El tnel del Canal de la Mancha o tambin llamado Eurotnel, tiene una longitud de 50, 50km,39 de ellos submarinos, siendo as el segundo tnel submarino mas largo del mundo, por detrsdel tnel de Seikan. Fue abierto el 6 de mayo de 1994 y atraviesa el Canal de la Mancha,uniendo Francia con Inglaterra.Esencialmente se trata de una autopista rodante entre Inglaterra y Europa, ya que en lostrenes que circulan hay mas del doble de automovilistas que pasajeros. El servicio ferroviariopor eurotunel tiene dos variantes: el Eurostar, para pasajeros y el Shuttle, que transportacamiones, automviles y motos. Eurotunnel es una sociedad privada concesionaria del proyectoy gestiona el transporte ferroviario, cobrando peaje a las compaas ferroviarias que utilizanel tnel y explotando con sus propios medios el trfico de camiones y pasajeros. El coste fuede 16.000 millones de euros. Las dificultades de coordinacin entre empresas contratadas ysubcontratadas y la dificultad tcnica del proyecto elevaron considerablemente los costes.

3. Tnel convencional y de Alta Velocidad

Existen importantes diferencias entre los tneles de lneas convencionales y los de alta veloci-dad pero la ms fundamental de todas se encuentra en la dimensin de la seccin transversal,las plataformas y las exigencias de las rasantes para alcanzar velocidades elevadas. Hay queaclarar que se consideran tneles convencionales en los que se circula a una velocidad de entre160 y 200km/h, los adaptados a velocidad alta 220-250km/h y los que consideramos tnelesde Alta Velocidad en los que se circula a velocidades de entre 250 y 350km/h. En el siguientecuadro 1 podemos ver las principales diferencias.

16

3 TNEL CONVENCIONAL Y DE ALTA VELOCIDAD

PRINCIPALES DIFERENCIAS ENTRE TNELES DE GRAN LONGITUD Y CORTOSTnel de gran longitud > 10 km Tnel corto < 1 km

- Mayor tiempo y dificultad de planificacin: del trazado y - Menor tiempo y dificultad dePlanificacin y la ejecucin de obra. planificacin: del trazado y la

trazado - Evitar terrenos geotcnicamente complicados. ejecucin de obra.- Favorecer la construccin de accesos intermedios. - En general no ser necesaria la

construccin de accesos intermedios.- Pueden surgir problemas al tener grandes coberturassobre el tnel. - En general las zonas ms complejas

Estudios: - Mayor volumen de estudios, mas difciles de realizar y de realizar son los emboquilles.geolgicos, requieren de un mayor grado de detalle, revisin y - Menor volumen de estudios y ms

hidrogeolgicos, modificado. sencillos de realizar.geotcnicos y - Sistemas de drenaje de aguas ms complejos. - Sistemas de drenaje de aguasestructurales - Se atraviesan todo tipo de fallas, formaciones geolgicas, sencillos.

acuferos, distintos niveles freticos, etc.

- Para conseguir plazos y costes razonables utilizacin detuneladoras en los tubos principales. Tambin frecuente - Utilizacin de mtodos tradicionales.

Mtodos necesidad de accesos intermedios (galerias y pozos). - En general un solo frente de ataque yConstructivos - Utilizacin de mtodos tradicionales en las galeras de condicionamiento del otro emboquille

seguridad, cavernas, etc. para el cale.- Diferentes frentes de ataque simultaneamente, para podercumplir plazos y costes.

- Por razones de seguridad en general el tnel ser bitubo - En general el tnel sera monotubo.con galerias perpendiculares cada cierta distancia, - Sistemas de seguridad ms sencilloscavernas y nichos. sobre todo en la ventilacin de- Complejos sistemas de seguridad: ventilacin, hidrantes.iluminacin, comunicacin, sealizacin, puertas - Cada cierta distancia construccin de

Seguridad cortafuegos, hidrantes, etc. nichos.- Necesidad de galeras y pozos de evacuacin en distintos - Estudios ms sencillos de seguridadpuntos del trazado. durante la construccin y durante la- Estudios de seguridad durante la construccin y de forma explotacin.especial durante la explotacin. Tambin de los serviciosde emergencias (simulacros).

Obras - Se requiere estudios y ensayos de funcionalidad ysubterrneas eficiencia del complejo subterraneo: refugios, galeras de - En general ninguna o muy pocas.adicionales evacuacin, estaciones de ventilacin, PAET, PIB, etc.

- En general seccin en herradura.- En general seccin circular. - Dimensionada con criterios- Dimensionada con criterios aerodinmicos para la alta aerodinmicos para la alta velocidad,

Seccin del tnel velocidad, y con espacio suficiente para alojar las rutas de y con espacio suficiente para alojarevacuacin, ubicacin de instalaciones, etc. las rutas de evacuacin, ubicacin de

instalaciones, etc.

- Equipos de ventilacin especialmente- Equipos y estaciones de ventilacin necesarios en en caso de incendio.

Ventilacin condiciones normales de explotacin y especialmente en - Normalmente es suficiente con elcaso de incendio. efecto pistn en condiciones normales

de explotacin.

- Requiere equipamientos en el exterior como: estacin - Acceso por carretera, para elEquipamientos ferroviaria prxima, accesos por carretera, centro de mantenimiento y evacuacin y

exteriores control, helipuerto, etc. asistencia del pasaje en caso deaccidente.

- Gran superficie necesaria para las instalaciones de obra y - Balsas de decantacin de lodoselevados costes de restauracin de estas. bentoniticos.

Afectacin al - Gran volumen de vertederos. - Costes reducidos en la restauracin deMedio Ambiente - Problemas con los lixiviados y requiere balsas explanada de obras.

decantacin de lodos bentoniticos y espumas.

- Mayor grado de dificultad para precisar los plazos conrelativa exactitud. - En general resultan ms sencillos de

Plazos y Costes - Riesgo de que aumenten mucho los costes planificados, en precisar los plazos y costes concaso de producirse algn problema imprevisto de cierta relativa exactitud.importancia.

Cuadro 1: Diferencias entre tneles de gran longitud y cortos. Fuente: elaboracin propia apartir [21, 43,44] 17

3.1 Tipos de tneles ferroviarios3 TNEL CONVENCIONAL Y DE ALTA VELOCIDAD

3.1. Tipos de tneles ferroviarios

Existen diversos tipos de tnel ferroviario. Una diferencia bsica, es que podemos encon-trar tneles artificiales o falsos tneles (excavados a cielo abierto trinchera o simplementecubiertos), fundamentalmente por motivos econmicos y/o ambientales, y tneles de mina,excavados directamente sobre el macizo rocoso.Otra clasificacin la encontramos en la localizacin de ambos tipos de tnel: tneles urbanose interurbanos. Los tneles urbanos atraviesan el subsuelo de las ciudades y son necesariospara que las circulaciones ferroviarias tengan acceso a las terminales, que estn normalmentesituadas en lugares cntricos de las poblaciones. Estos tneles se caracterizan por tener quesoportar un trfico elevado (en especial el de pasajeros y en menor cuanta de mercancas),ya que gran nmero de lneas confluyen en ellos. Tambin se caracterizan por los riesgosde subsidencia y por la posibilidad de afectar a las edificaciones en superficie en la fase deconstruccin. Respecto a los tneles interurbanos podemos encontrar los submarinos y los queatraviesan todo tipo de formaciones montaosas. A si vez, podemos encontrar dos tipos detneles submarinos: los excavados en mina y los prefabricados. Estos ltimos estn divididosen piezas y se montan en una trinchera dragada en el lecho marino que posteriormente secubre. Los principales problemas que presentan son la elevada presin que soportan y el peligrode inundacin que existe, en especial, en la fase de construccin. Tambin son caractersticospor la gran longitud que tienen que retranquear las bocas para poder alcanzar la cota necesariapara salvar el obstculo sin recurrir a una pendiente excesiva, esto ocurre sobre todo en lostneles de mina. Finalmente tenemos los tneles que salvan formaciones montaosas y quepodemos diferenciar tomando como elemento tipolgico la situacin relativa en que se hallael tnel respecto a la base de la montaa, (en la figura 10 podemos ver las cotas de referenciaen las que se suelen situar y apreciamos la diferencia de longitud entre ellos). Distinguimosentre:

Tneles de cota: De corta longitud y caractersticos en los trazados de alta montaa.

Tneles de altitud media: Tienen ya una montera importante, son de longitud media.A este tipo de tnel pertenecen la mayora de los grandes tneles existentes en el sigloXIX y XX.

Tneles de base: Son los de cota ms baja y los de mayor montera, de ah reciben elnombre ya que atraviesan la montaa por la base (por el valle). Son los que presentanmayores dificultades por su considerable longitud, por las fuertes descompresiones delas rocas y por las elevadas temperaturas. stos son los necesarios para el servicio enalta velocidad ahorrandose as la necesidad de viaductos y grandes terraplenes.

Figura 10: Clasificacin de tneles respecto a la altitud. Fuente: [2]

18

4 DEFINICIN DEL TRAZADO

Parte III

Planificacin y proyectoLa construccin y puesta en explotacin comercial de una nueva lnea de ferrocarril apta parala circulacin a alta velocidad es el resultado de un largo proceso que, en general, puede duraruna o varias dcadas.Para proceder a la realizacin fsica de un nuevo trazado es preciso realizar una serie deestudios que requieren de un periodo temporal relevante. Una vez concluidos, e incluso durantesu elaboracin, se procede a consensuar con las entidades pblicas y privadas, as como conla poblacin directamente afectada, los resultados de aqullos.La laboriosidad de este proceso se inscribe en diversos mbitos: decisiones polticas, dificul-tades medioambientales, montajes de financiacin, etc. En general, puede sealarse que lafase de mayor duracin corresponde al tiempo que discurre desde las ideas iniciales hasta elmomento del comienzo de las obras. Una vez iniciadas stas y salvo dificultades singulares,lo normal es acabar los trabajos en un plazo de 4 a 5 aos.

4. Definicin del trazado

4.1. Pre-estudios

El estudio de un enlace de ferrocarril a travs de regiones que puedan requerir la construccinde tneles se determinar en relacin con su utilidad potencial, comercial y social. Antes detodo, se debe estudiar el proyecto total en trminos de costos de inversin, costos de operacin,as como los beneficios en funcin de ingresos, las expectativas de crecimiento de las regionesafectadas y los beneficios sociales que pueda generar.El desarrollo completo del proceso comienza con la realizacin de los denominados: Pre-estudios funcionales. Su objetivo es definir la finalidad del proyecto. En particular se tratade responder a cuestiones como las siguientes: lnea para viajeros o para trfico mixto; ciudadesque sern servidas por ellas; enlaces entre la nueva lnea y las existentes; impacto en laordenacin del territorio, etc.La visin de la futura lnea se puede enfocar de dos modos distintos; el modo japons, prio-rizando la velocidad de la conexin entre los ncleos de poblacin importantes o de intersestratgico; o el modo aplicado por Francia y Espaa, alineando poblaciones de menor im-portancia en un intento de vertebrar el territorio o desarrollar aquellos puntos que reciban elservicio. Aumentando el nmero de puntos intermedios a conectar a la nueva lnea, restrin-gimos y limitamos la eleccin de la ruta, pero tambin se dan oportunidades para atraer unmayor trfico, lo que puede justificar los costos de la obra y hacerla ms rentable.En el caso japons la idea fue unir entre 10 y 23 ciudades intermedias entre Tokio (11 millonesde hab.) y Osaka (2,5 millones hab.), finalmente se dio servicio a 11, todas ellas poblacionesalrededor de los 500.000 habitantes. Se establecieron pues dos servicios: trenes Hikari, loscuales paraban slo en las estaciones de Nagoya (2,1 millones hab.) y Kyoto (1,5 milloneshab.), priorizando as la velocidad del servicio; y los trenes Kodama, que se detenan en todaslas estaciones.Los casos francs y espaol dieron servicio a poblaciones ms pequeas mejorando la conectivi-dad del territorio, con xitos, como en el caso galo, que redujo la conexin de Aix-en-Provencecon Marsella de 5h 20 min a 3h 10 min (teniendo en cuenta el trayecto en autobs hasta la

19

4.2 Estudio corredores 4 DEFINICIN DEL TRAZADO

estacin de TGV) o el caso de Picardie; con lo que se consigue dar acceso a la red a ciertaszonas geogrficas que podran quedar excludas. Pero tambin fracasos, por gastos injustifi-cados que adems reducen la eficiencia y rentabilidad de la nueva lnea, como en el caso deEspaa, que decidi dar servicio a todas las capitales de provincia independientemente de supoblacin (poltica de Jos M Aznar, seguida por el ejecutivo posterior de Jos Luis Rodr-guez Zapatero). As podemos encontrar poblaciones como Tardienta (Huesca) de menos de1000 habitantes con conexin al servicio. Esta poblaci slo aport 20000 usuarios en el ao2010, seguida en orden de menor utilizacin por las poblaciones de: Guadalajara-Yebes, Puen-te Genil-Herrera(Crdoba), Antequera-SantaAna (Mlaga), Huesca y Calatayud (Zaragoza),consideradas estaciones fantasma dentro de la lnea Madrid- Valencia [L]. En contraposicin,encontramos los 15 millones de usuarios de Madrid-Puerta de Atocha o los 13 millones deBarcelona-Sants. Podemos ver a partir de stos datos que es de vital importancia en el mo-mento de la seleccin de la ruta la decisin de cules son los territorios a vertebrar en la lneay cmo.En cuanto a los aspectos tcnicos, es importante adoptar la alineacin ms directa entrelos puntos, con una altura mnima de su punto ms elevado, una pendiente que no excedala mxima rampa seleccionada y cumpliendo las restricciones de radio mnimo de curva.Para conseguir estos fines, estar en buen uso la construccin de tneles y viaductos, por suindependencia de la topografa. La economa de la lnea depender del grado en el que seaproveche al mximo el terreno, incluyendo la adopcin de tneles.Un problema complejo, cuando se ha decidido construir un tnel, es la ubicacin y el alinea-miento para aprovechar al mximo el terreno. Normalmente, se consideraba la seleccin deun tnel ms corto a un nivel ms elevado (Tneles de cota o de media altitud), basndosesimplemente en los costos de construccin comparados con las ganancias operacionales, aun-que la tendencia en alta velocidad, por sus ventajas tcnicas a la hora de llevar a cabo elrestringido trazado, a construir tneles ms largos a menor elevacin (Tneles base). Podrpresentarse tambin el problema de los accesos intermedios para construccin, ventilacin uotras razones de funcionamiento.

4.2. Estudio corredores

La primera etapa despus de considerar los puntos principales por donde pasar la lnea sonlos Estudios de corredores, tambin denominados Estudios preliminares en Francia. Elobjetivo de stos es afinar las caractersticas del proyecto, sus impactos medioambientales y suinters socioeconmico. Se efectan comparaciones entre los diversos corredores seleccionadosde aproximadamente 1 km de ancho, desde la perspectiva tcnica, funcional, econmica ymedioambiental. Tambin es considerada la opcin de mejora de las lneas existentes, comosolucin a la falta de capacidad o calidad del servicio. La figura 11.a. muestra el marcogeogrfico en el que se llev a cabo el estudio de corredores con ocasin de la definicin deltrazado ptimo de la lnea de alta velocidad Madrid-Valencia. Anlogamente, en la figura11.b. podemos ver las bandas analizadas para la lnea Burdeos Hendaya. [1]Tanto esta fase inicial, como la anterior, se realizan sobre mapas topogrficos a una escalade 1:50000 para abarcar un rea lo ms amplia posible, pero despus se necesitarn mapasms detallados a medida que avanzan el diseo del proyecto y la alineacin se defina conmayor precisin. Para considerar las ventajas de unos respecto de los otros, se debe prestaratencin a las caractersticas geotcnicas de los terrenos por los que discurren los distintoscorredores. Tambin a partir de las consideraciones precedentes se puede estimar la inversinque necesitara cada corredor. En funcin de los tiempos de viaje, que sin duda tienen unacalificacin de provisionales, se efectan los anlisis de demanda, y finalmente, se identifica

20

4.3 Anteproyecto 5 PROYECTO

la rentabilidad de cada corredor. El parmetro, en este punto, puede ser evaluado por unindicador sencillo como sera el obtenido al dividir el nmero de viajeros que utilizara lanueva lnea por la inversin requerida para su construccin.

11a(a) Marco geogrfico del estudio de corredores para la defini-cin del trazado de la lnea Madrid-Valencia. Fuente:[1]

(b) Bandas de trazado de la nueva lnea dealta velocidad Burdeos-Hendaya. Fuente:[1]

Figura 11: Ejemplos de Estudios de corredores sobre levantamientos topogrficos.

El Estudio de alternativas consiste en efectuar un anlisis de las posibles alternativas detrazado, a partir de un levantamiento topogrfico a escala 1:25000 y estudios geolgicos ygeotcnicos de la zona.

4.3. Anteproyecto

El anteproyecto es la fase siguiente, en sta se estudian los diferentes trazados y se seleccionauna de las posibilidades. El anlisis se realiza sobre un levantamiento topogrfico a escala1:5000. La alternativa seleccionada se presenta a informacin pblica, de forma que tantoparticulares como instituciones puedan efectuar y plantear alegaciones. En este punto tambinse presenta la denominada Declaracin de Impacto Ambiental (DIA). Una vez resueltos losapartados anteriores el anteproyecto es aprobado definitivamente por el Ministerio de Fomentoy se procede a la realizacin del proyecto constructivo, que permite precisar el proyecto(dimensionamiento de las obras de fbrica, impactos del proyecto, etc) y establecer el sistemade financiacin. Es posible entonces convocar los concursos de adjudicacin de realizacin delas obras y, por tanto, iniciar los trabajos de construccin de la nueva lnea.

5. Proyecto

En el proyecto, se diferencia entre el Proyecto Bsico de Plataforma y el Proyecto de Cons-truccin, que son expuestas de manera esquemtica en las tablas de la figura 12. Es en ste

21

5.1 Planificacin 5 PROYECTO

ltimo donde se llevarn a cabo los estudios cartogrficos, geolgicos y geotcnicos de mayordetalle, necesarios para la consecucin de la obra.En este punto del trabajo haremos referencia a los estudios necesarios mostrando principalinters en lo que atae a tneles ferroviarios.

Figura 12: Componentes del Proyecto Bsico y del Proyecto de Construccin. Fuente: [1]

5.1. Planificacin

Esta parte del proyecto como hemos visto en lo expuesto ulteriormente, es necesaria ya enlos estudios previos y de corredores, para poder as acotarse a las propuestas que ofrezcanmejores condiciones para la construccin de la obra. Por lo tanto, antes de que el tnelse pueda planear en lneas generales y disear en detalle, se deber reunir informacin sobreaspectos fsicos del proyecto, adems de los estudios econmicos, los cuales, claramente, tienenentre ellos una relacin directa. La necesidad de una detallada y extensa investigacin es enlos tneles probablemente mayor que en la mayora de construcciones civiles. Es por lo tanto,en la investigacin para poder hacer la mejor seleccin de la lnea, su nivel y los mtodos aemplear, donde resulta contraproducente escatimar en costes.Se deber contar con la topografa del rea en cuestin hasta el ms amplio grado prctico,junto con los antecedentes de cualquier alteracin importante en el terreno, as como losdatos geolgicos y geotcnicos. Como ya hemos comentado, durante el estudio de corredoresusaremos levantamientos topogrficos a escala 1:50000, en el estudio de alternativas 1:25000 yen el anteproyecto 1:5000. En cuanto a la cartografa geolgica y geotcnica, usaremos escalasde 1:10000 a 1:5000 durante el anteproyecto, y escalas de mayor detalle en el proyecto, de1:2000 a 1:500.Las investigaciones para un tnel debern ser una actividad continua durante su proyecto,diseo y construccin, debido a la frecuente variabilidad del terreno y a los nuevos problemasque aparecen durante el avance de la obra.

22

5.2 Topografa 5 PROYECTO

5.2. Topografa

En una primera aproximacin, se usarn mapas ya existentes de la zona que incluyan curvasde nivel u otra informacin sobre niveles. Con el objetivo de apreciar mejor el significadode los mapas es muy recomendable ir al terreno en persona tanto al inicio, como durante larealizacin de la obra.El levantamiento topogrfico en detalle es de vital importancia para seleccionar la mejor rutaentre las alternativas que se pueden imaginar sobre el mapa. Los levantamientos se enlazan conla retcula nacional u otro sistema de referencia, e incluirn, una red de triangulacin o unapoligonal cerrada para establecer un sistema de coordenadas para el tnel. Es fundamentalla seleccin de puntos permanentes en lugares que no se vean afectados durante la obra.Ya sea la obra en un espacio abierto, montaoso o aluvial; en un centro urbano, en una reaindustrial, el levantamiento es necesario para tener la exacta localizacin de los tneles (deservicios, canalizaciones, mineros, parkings...) ya existentes.En ningn momento se limitar la extensin del levantamiento al tramo del tnel, sino quedebe ser adecuado a fin de incluir largos accesos y las reas potenciales de uso para la cons-truccin de las boquillas de entrada, almacenamiento de dovelas (en el caso de uso de escudos),plantas de hormign, retirada escombros de la excavacin, etc. En la figura 13 podemos ob-servar la amplia zona de construccin ocupada en frente de las bocas de entrada durantela construccin del tnel. En regiones montaosas accidentadas se debe analizar cada unode los detalles del alineamiento como parte del todo. Los viaductos, los cortes laterales, losportales de entrada y el tnel interaccionan y no se pueden tratar en forma separada, puedenser importantes algunos de estos puntos para los tiros de ventilacin o los tiros de acceso, aligual que las corrientes de agua, manantiales, agua estancada o las caractersticas del dre-naje. Tambin ser necesario situar con precisin cualquier edificio que se encuentre en losalrededores.Pueden ser de gran utilidad para la etapa preliminar, al establecer las posibilidades tcnicase identificar las alternativas posibles para construir corredores de ferrocarril, los mapas de1:50000. Se pueden identificar las reas que requieren mapas ms detallados y examinar lasrestricciones impuestas por las pendientes y las curvas

Figura 13: Tnel Pajares, boca norte Fuente: [31]

Para la siguiente etapa, los mapas de los corredores seleccionados a una escala de 1:10000permiten confirmar los alineamientos posibles y eliminar los corredores que no sean adecuados,

23

5.3 Investigacin 5 PROYECTO

comprobando nuevamente las pendientes y las curvas. De nuevo se pueden determinar lasreas que requieran mapas ms detallados y se podr identificar la ubicacin y extensin delas principales estructuras.Los mapas a una escala de 1:2000 permiten finalmente fijar el mejor alineamiento y especi-ficar el diseo. Luego se podrn definir las estructuras principales y preparar las cantidadesnecesarias para estructuras y movimiento de tierras.En los tneles subacuticos se necesitan procedimientos similares, pero adems hay aspectosadicionales de primordial importancia, en los que se incluye[31]:

Nivelacin precisa del piso.

Determinacin de la naturaleza y estabilidad del piso.

Posibilidades de profundizar por socavacin o dragado.

Niveles de avenidas, pasadas, presentes y pronosticadas.

Presencia de fisuras acuferas y zonas de fallas.

5.3. Investigacin

Es importante en las zonas mineras e industriales que se conozcan los antecedentes del lugar,nos podemos encontrar viejas minas o canteras abandonadas que fueran rellenadas una vezfueron agotadas, con lo que durante el avance del tnel en una zona en roca dura podramosencontrar repentinamente una zona de material blando. Pozos sobre acuferos tambin puedentraer problemas.Otro peligro en tneles de poca profundidad por zonas industriales es la contaminacin delsuelo por desechos industriales cuando los contaminantes se han filtrado hasta capas subyacen-tes. Estas situaciones pueden conllevar grandes riesgos para la salud de los operarios, debidoa la inhalacin de gases y de aire desoxigenado por los xidos del substrato contaminado.

5.4. Geologa y geotecnia

Los levantamientos geolgicos y los estudios geotcnicos son fundamentales en el proyecto,diseo y construccin. La estratigrafa, petrologa y tectnica son importantes, pero los de-talles de las estructuras y las variaciones, dados por estudios de mecnica de suelos y rocas,son ms necesarios en el caso de tneles que los amplios estudios geolgicos.La informacin geolgica se puede obtener de los mapas, donde se muestran los depsitosaluviales, terrenos de acarreo y tipos de rocas que se encuentran en la zona y su interrelacin,pero la localizacin exacta de las interfases y los cambios de textura y resistencia duranteel avance son de gran importancia en tneles por lo que se deber hacer exploraciones paradeterminar estos puntos.Los registros de perforaciones anteriores son de gran utilidad; canteras, pozos, tiros y minas, ytambin de los acantilados y el lecho de las corrientes fluviales. Se debern buscar los informesde tneles anteriores, pozos y cimentaciones profundas.Informacin geolgica y geotcnica importante:

Descripcin geolgica con detalles de la litologa y la variabilidad.

Ubicacin y orientacin de las discontinuidades y los planos de debilitamiento relativosa la excavacin del tnel; planos de estratificacin, fallas, juntas, zonas de corte.

24

5.4 Geologa y geotecnia 5 PROYECTO

Esfuerzos en el lugar.

Propiedades geomecnicas.

Aguas subterrneas.

Es aconsejable seguir el mismo proceso de estudiar progresivamente y con mayor detalle reascada vez ms reducidas, al igual que para el estudio topogrfico, pero tal vez no sea posible.Un estudio general de toda la informacin disponible que cubra las rutas posibles, que secomplemente con una visita al rea, ser bastante til al establecer los corredores preferidos;no obstante, mucho depender del detalle y precisin que se hayan elaborado los mapas engeneral y, tambin, de las rocas que afloren y que se puedan inspeccionar o del grado en queestn cubiertas por los depsitos superficiales.En la etapa en que se realiza un mapa, una escala de 1:10000, es fundamental realizar unreconocimiento de campo para dar alternativas en cuanto a los corredores y as evaluar elcarcter y estructura de las rocas, y preparar propuestas para una detallada exploracin de laruta preferida, con el auxilio de pozos de sondeo y un estudio geofsico. Cuando se elaborenlos mapas a escala 1:2000 ser evidente la necesidad de pozos de sondeo y pruebas adicionales,lo cual se deber organizar, particularmente en los lugares de las estructuras importantes yde preferencia como una extensin del programa principal de perforacin.Los medios que se utilizan para obtener ms conocimientos del tnel son las perforaciones,pozos de tiro de prueba y frentes exploratorios. El objetivo es identificar y localizar conexactitud cada estrato importante para el tnel y evaluar sus caractersticas, variaciones ysu comportamiento durante la excavacin. Ningn patrn de perforaciones podr tener unespaciamiento tan pequeo como para identificar todas las anomalas, pero el nmero deperforaciones estar relacionado con la variabilidad que se esperaba o se hall.Los estratos se identifican y se determinan sus caractersticas basndose en las muestrastomadas en la inspeccin y pruebas realizadas tanto in situ como en laboratorio. Es necesarioplanearlo de manera que no se realicen un nmero innecesario de pruebas, por lo que es muyventajoso realizar un programa progresivo de investigacin en el que se vayan aclarando laszonas de mayor incertidumbre. En una segunda etapa de sondeos se conseguirn secciones mscompletas a lo largo y a travs del tnel. En otra tercera etapa de la investigacin del lugar,se comprueban los puntos crticos al terminarse el diseo y la geometra del tnel para reunirla informacin faltante y resolver dudas. Un tnel piloto o un frente de exploracin puedenauxiliar en dichas funciones: an habiendo hecho todas estas investigaciones, la excavacinde cualquier tnel ser siempre para explorar y en muchos casos, se debern hacer sondeosantes de la excavacin como procedimiento normal. [43]Es probable que las condiciones geolgicas en o cerca de los portales, requieran un estudioespecial cuando se corra el riesgo de deslizamientos de rocas y de la presencia de rocas bastanteintemperizadas.El agua subterrnea puede ser perjudicial para el sistema de transmisin elctrica, a menosque se tomen las precauciones correctas (drenaje, impermeabilizacin,...) y, tambin, puedereducir seriamente la friccin de los rieles, en especial al combinarse con arcillas, o si secongela, reduciendo en este caso la capacidad de arrastre de las locomotoras, particularmenteen una pendiente. En ciertas condiciones climticas, las gotas de agua se pueden congelar ycubrir los rieles con una capa de hielo.Los tneles subacuticos requieren una investigacin todava ms detallada de los posiblesefectos del agua subteterrnea tanto en la etapa de construccin como en las etapas poste-riores. La porosidad de los estratos y la presencia de fisuras pueden resultar crticas para laposibilidad de aplicar diferentes mtodos de construccin de tneles e influir en la seleccindel revestimiento que reduzca la filtracin y en las instalaciones de bombeo posteriores.

25

5.4 Geologa y geotecnia 5 PROYECTO

5.4.1. Tensiones in situ del macizo, recubrimiento y presiones sobre el tnel

En cuanto a los principales problemas geotcnicos, en lo que respecta al proyecto y la cons-truccin de tneles y excavaciones subterrneas, so