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Túnel

Túnel en Col du Galibier , Francia
Túnel en Fort de Mutzig , Francia
Portal decorado hacia un túnel de carretera en Guanajuato , México
Túnel de servicios públicos para tuberías de calefacción entre Rigshospitalet y Amagerværket en Copenhague , Dinamarca
Túnel del metro de Taipei en Taiwán
Portal sur del túnel del canal de Chirk de 421 m de longitud (1381 pies) , Gales

Un túnel es un pasaje subterráneo o submarino. Se excava en el suelo, la tierra o la roca circundante, o se coloca bajo el agua, y generalmente está completamente cerrado, excepto por los dos portales comunes en cada extremo, aunque puede haber aberturas de acceso y ventilación en varios puntos a lo largo de su longitud. Una tubería difiere significativamente de un túnel, [1] aunque algunos túneles recientes han utilizado técnicas de construcción de tubos sumergidos en lugar de los métodos tradicionales de perforación de túneles. [2]

Un túnel puede ser para tráfico vehicular o peatonal , para tráfico ferroviario o para un canal . Las partes centrales de una red de tránsito rápido se encuentran generalmente en el túnel. Algunos túneles se utilizan como alcantarillas o acueductos para suministrar agua para consumo o para centrales hidroeléctricas . Los túneles de servicios públicos se utilizan para enrutar vapor, agua refrigerada, energía eléctrica o cables de telecomunicaciones, así como para conectar edificios para un paso conveniente de personas y equipos. [3]

Los túneles secretos se construyen con fines militares o por civiles para el contrabando de armas , contrabando o personas . [4] Se construyen túneles especiales, como los cruces de fauna silvestre , para permitir que la fauna silvestre cruce las barreras construidas por el hombre de forma segura. [5] Los túneles se pueden conectar entre sí en redes de túneles .

Un túnel es relativamente largo y estrecho; la longitud es a menudo mucho mayor que el doble del diámetro , aunque se pueden construir excavaciones similares más cortas, como pasajes transversales entre túneles.

La definición de lo que constituye un túnel puede variar ampliamente de una fuente a otra. Por ejemplo, en el Reino Unido, un túnel de carretera se define como "una estructura subterránea de carretera cerrada por una longitud de 150 metros (490 pies) o más". [6] En los Estados Unidos, la definición de túnel de la NFPA es "Una estructura subterránea con una longitud de diseño mayor a 23 m (75 pies) y un diámetro mayor a 1.800 milímetros (5,9 pies)". [7]

Etimología

La palabra "túnel" proviene del inglés medio tonnelle , que significa "una red", derivada del francés antiguo tonnel , un diminutivo de tonne ("barril"). El significado moderno, que se refiere a un pasaje subterráneo, evolucionó en el siglo XVI como una metáfora de un espacio estrecho y confinado como el interior de un barril. [8]

Historia

Algunos de los primeros túneles utilizados por los humanos fueron paleomadrigueras excavadas por mamíferos prehistóricos. [9]

El túnel de la calle Joralemon en una postal de 1913, parte del sistema de metro de la ciudad de Nueva York

Gran parte de la tecnología inicial de construcción de túneles evolucionó a partir de la minería y la ingeniería militar . La etimología de los términos "minería" (para la extracción de minerales o para los ataques de asedio ), " ingeniería militar " e " ingeniería civil " revela estas profundas conexiones históricas.

Antigüedad y Alta Edad Media

Los predecesores de los túneles modernos fueron los túneles que transportaban agua para riego , bebida o alcantarillado . Los primeros qanats se conocen desde antes del año 2000 a. C.

El túnel más antiguo conocido que se excavó desde ambos extremos es el Túnel de Siloé , construido en Jerusalén por los reyes de Judá alrededor del siglo VIII a. C. [10] Otro túnel excavado desde ambos extremos, tal vez el segundo conocido, es el Túnel de Eupalinos , que es un acueducto de túnel de 1.036 m (3.400 pies) de largo que atraviesa el Monte Kastro en Samos , Grecia . Fue construido en el siglo VI a. C. para servir como acueducto .

En Etiopía , el túnel peatonal de Siqurto , excavado a mano en la Edad Media, cruza una cresta montañosa.

En la Franja de Gaza , la red de túneles fue utilizada por estrategas judíos como refugios excavados en la roca, en los primeros vínculos con la resistencia judía contra el dominio romano en la revuelta de Bar Kokhba durante el siglo II d.C.

Investigación y diseño geotécnico

Un proyecto de túnel importante debe comenzar con una investigación exhaustiva de las condiciones del terreno mediante la recolección de muestras de pozos y otras técnicas geofísicas. [11] Luego se puede elegir con conocimiento de causa la maquinaria y los métodos de excavación y sostenimiento del terreno, lo que reducirá el riesgo de encontrar condiciones imprevistas. Al planificar la ruta, se pueden seleccionar las alineaciones horizontales y verticales para aprovechar las mejores condiciones del suelo y del agua. Es una práctica común ubicar un túnel más profundo de lo que se requeriría de otra manera, para excavar a través de roca sólida u otro material que sea más fácil de sostener durante la construcción.

Los estudios de escritorio y preliminares convencionales del sitio pueden brindar información insuficiente para evaluar factores como la naturaleza en forma de bloques de las rocas, la ubicación exacta de las zonas de falla o los tiempos de permanencia en pie de un terreno más blando. Esto puede ser una preocupación particular en túneles de gran diámetro. Para brindar más información, se puede perforar un túnel piloto (o "túnel de deriva") antes de la excavación principal. Este túnel más pequeño tiene menos probabilidades de derrumbarse catastróficamente si se dan condiciones inesperadas, y se puede incorporar al túnel final o utilizar como pasaje de respaldo o de escape de emergencia. Alternativamente, a veces se pueden perforar pozos horizontales antes del frente del túnel que avanza.

Otros factores geotécnicos clave:

Elección entre túneles y puentes

El túnel del puerto de Baltimore ( EE.UU.), por el que pasa la I-895 , es un ejemplo de túnel para cruzar agua construido en lugar de un puente.

Para los cruces de agua, un túnel es generalmente más costoso de construir que un puente. [15] Sin embargo, consideraciones tanto de navegación como de tráfico pueden limitar el uso de puentes altos o puentes levadizos que se cruzan con canales de navegación, lo que hace necesario un túnel.

Los puentes suelen requerir una mayor superficie en cada orilla que los túneles. En zonas con propiedades inmobiliarias caras, como Manhattan y la zona urbana de Hong Kong , este es un factor importante a favor de un túnel. El proyecto Big Dig de Boston reemplazó las carreteras elevadas por un sistema de túneles para aumentar la capacidad de tráfico, ocultar el tráfico, recuperar tierras, redecorar y reunir la ciudad con la costa.

El túnel Queensway de 1934 bajo el río Mersey en Liverpool fue elegido en lugar de un puente enormemente alto en parte por razones de defensa; se temía que los aviones pudieran destruir un puente en tiempos de guerra, no solo perjudicando el tráfico rodado sino bloqueando el río a la navegación. [16] Los costos de mantenimiento de un puente masivo para permitir que los barcos más grandes del mundo naveguen por debajo se consideraron más altos que los de un túnel. Se llegó a conclusiones similares para el túnel Kingsway de 1971 bajo el Mersey. En Hampton Roads, Virginia , se eligieron túneles en lugar de puentes por consideraciones estratégicas; en caso de daño, los puentes podrían impedir que los buques de la Armada de los EE. UU. salieran de la Estación Naval de Norfolk .

Entre los túneles que cruzan el agua construidos en lugar de puentes se incluyen el túnel Seikan en Japón; el túnel Holland y el túnel Lincoln entre Nueva Jersey y Manhattan en la ciudad de Nueva York ; el túnel Queens-Midtown entre Manhattan y el distrito de Queens en Long Island ; el túnel Detroit-Windsor entre Michigan y Ontario ; y los túneles del río Elizabeth entre Norfolk y Portsmouth, Virginia ; el túnel Queensway de 1934 en la carretera del río Mersey ; el túnel Western Scheldt , Zelanda, Países Bajos; y el túnel North Shore Connector en Pittsburgh, Pensilvania . El túnel del puerto de Sídney se construyó para proporcionar un segundo cruce del puerto y para aliviar la congestión del tráfico en el puente del puerto de Sídney , sin estropear la icónica vista.

Otras razones para elegir un túnel en lugar de un puente incluyen evitar dificultades con las mareas, el clima y el transporte marítimo durante la construcción (como en el Túnel del Canal de 51,5 kilómetros o 32,0 millas ), razones estéticas (preservar la vista sobre el suelo, el paisaje y el escenario) y también razones de capacidad de peso (puede ser más factible construir un túnel que un puente suficientemente fuerte).

Algunos cruces de agua son una mezcla de puentes y túneles, como el enlace de Dinamarca a Suecia y el puente-túnel de la bahía de Chesapeake en Virginia .

Los túneles entrañan peligros particulares, sobre todo por los incendios de vehículos, cuando los gases de combustión pueden asfixiar a los usuarios, como ocurrió en el túnel de carretera de San Gotardo en Suiza en 2001. Uno de los peores desastres ferroviarios de la historia, el desastre del tren de Balvano , fue causado por un tren que se paró en el túnel de Armi en Italia en 1944, matando a 426 pasajeros. Los diseñadores intentan reducir estos riesgos instalando sistemas de ventilación de emergencia o túneles de escape de emergencia aislados paralelos al paso principal.

Planificación de proyectos y estimaciones de costos

A menudo se requieren fondos gubernamentales para la creación de túneles. [17] Cuando se planifica o construye un túnel, la economía y la política juegan un papel importante en el proceso de toma de decisiones. Los ingenieros civiles suelen utilizar técnicas de gestión de proyectos para desarrollar una estructura importante. Comprender la cantidad de tiempo que requiere el proyecto y la cantidad de mano de obra y materiales necesarios es una parte crucial de la planificación del proyecto. La duración del proyecto debe identificarse utilizando una estructura de desglose del trabajo y el método de la ruta crítica . Además, se debe seleccionar el terreno necesario para la excavación y la preparación de la construcción, y la maquinaria adecuada. Los grandes proyectos de infraestructura requieren millones o incluso miles de millones de dólares, lo que implica una financiación a largo plazo, generalmente mediante la emisión de bonos .

Es necesario identificar los costos y beneficios de una infraestructura como un túnel. Pueden surgir disputas políticas, como en 2005, cuando la Cámara de Representantes de Estados Unidos aprobó una subvención federal de 100 millones de dólares para construir un túnel bajo el puerto de Nueva York. Sin embargo, la Autoridad Portuaria de Nueva York y Nueva Jersey no estaba al tanto de este proyecto de ley y no había solicitado una subvención para un proyecto de ese tipo. [18] El aumento de los impuestos para financiar un gran proyecto puede provocar oposición. [19]

Construcción

Los túneles se excavan en materiales que varían desde arcilla blanda hasta roca dura. El método de construcción de los túneles depende de factores como las condiciones del terreno, las condiciones de las aguas subterráneas, la longitud y el diámetro de la excavación, la profundidad del túnel, la logística para el apoyo de la excavación, el uso final y la forma del túnel, y la gestión adecuada de los riesgos.

Existen tres tipos básicos de construcción de túneles de uso común. Los túneles de excavación y cubierta se construyen en una zanja poco profunda y luego se cubren. Los túneles perforados se construyen in situ, sin remover el suelo que está por encima. Por último, un tubo se puede hundir en una masa de agua, lo que se denomina túnel sumergido.

Cortar y cubrir

Construcción de una vía subterránea en Saint-Michel , en la línea 4 del metro de París (hacia 1910)

El método de corte y cobertura es un método simple de construcción para túneles poco profundos en el que se excava una zanja y se cubre con un sistema de soporte superior lo suficientemente fuerte como para soportar la carga de lo que se construirá encima del túnel. [20]

Existen dos formas básicas de excavación y cobertura de túneles:

Los túneles poco profundos suelen ser del tipo excavado y cubierto (si están bajo el agua, del tipo de tubo sumergido), mientras que los túneles profundos se excavan, a menudo utilizando un escudo de tunelización . Para niveles intermedios, ambos métodos son posibles.

En las estaciones de metro subterráneas , como la de Canary Wharf en Londres, se suelen utilizar grandes cajas de excavación a cielo abierto . Esta forma de construcción suele tener dos niveles, lo que permite disponer de instalaciones económicas para la sala de billetes, los andenes de la estación, el acceso de pasajeros y la salida de emergencia, la ventilación y el control de humos, las salas de personal y las salas de equipos. El interior de la estación de Canary Wharf se ha comparado con una catedral subterránea, debido al gran tamaño de la excavación. Esto contrasta con muchas estaciones tradicionales del metro de Londres , donde se utilizaban túneles excavados para las estaciones y el acceso de pasajeros. Sin embargo, las partes originales de la red del metro de Londres, los ferrocarriles metropolitanos y de distrito, se construyeron utilizando excavaciones a cielo abierto. Estas líneas eran anteriores a la tracción eléctrica y la proximidad a la superficie era útil para ventilar el inevitable humo y vapor.

Una desventaja importante de los túneles excavados y cubiertos es la perturbación generalizada que se genera en el nivel de la superficie durante la construcción. [21] Esto, y la disponibilidad de tracción eléctrica, provocaron que el metro de Londres cambiara a túneles excavados a un nivel más profundo hacia fines del siglo XIX.

Antes de que la excavación manual fuera sustituida por el uso de máquinas perforadoras, los excavadores de túneles victorianos desarrollaron un método especializado llamado "pateando arcilla" para cavar túneles en suelos arcillosos. El excavador se recuesta sobre una tabla en un ángulo de 45 grados con respecto al frente de trabajo y, en lugar de usar un azadón con las manos, inserta con los pies una herramienta con un extremo redondeado en forma de copa y luego gira la herramienta con las manos para extraer una sección de tierra, que luego se coloca sobre el extracto de desechos. El pateo de arcilla es un método especializado desarrollado en el Reino Unido para cavar túneles en estructuras de suelo arcilloso resistentes. Este método de construcción de corte y cobertura requirió relativamente poca perturbación de la propiedad durante la renovación de los entonces antiguos sistemas de alcantarillado del Reino Unido . También lo utilizaron durante la Primera Guerra Mundial las compañías de túneles de Royal Engineer que colocaban minas debajo de las líneas alemanas , porque era casi silencioso y, por lo tanto, no era susceptible a los métodos de detección por escucha. [22]

Maquinas perforadoras

Un obrero se ve empequeñecido por el extremo cortante de una tuneladora utilizada para excavar el túnel de base del San Gotardo ( Suiza ), el túnel ferroviario más largo del mundo.

Las tuneladoras y los sistemas de apoyo asociados se utilizan para automatizar en gran medida todo el proceso de construcción de túneles, lo que reduce los costes de construcción. En determinadas aplicaciones predominantemente urbanas, la perforación de túneles se considera una alternativa rápida y rentable a la construcción de vías y carreteras en la superficie. Se elimina la costosa compra obligatoria de edificios y terrenos, con los posibles trámites de planificación prolongados. Las desventajas de las tuneladoras surgen de su tamaño, que suele ser grande: la dificultad de transportar la gran tuneladora al lugar de construcción del túnel o (alternativamente) el alto coste de montaje de la tuneladora en el lugar, a menudo dentro de los confines del túnel que se está construyendo.

Existen diversos diseños de TBM que pueden operar en diversas condiciones, desde roca dura hasta terreno blando con agua. Algunas TBM, las de lodo de bentonita y las de equilibrio de presión de tierra, tienen compartimentos presurizados en el extremo delantero, lo que permite utilizarlas en condiciones difíciles por debajo del nivel freático . Esto presuriza el suelo delante del cabezal de corte de la TBM para equilibrar la presión del agua. Los operadores trabajan con una presión de aire normal detrás del compartimento presurizado, pero ocasionalmente pueden tener que ingresar a ese compartimento para renovar o reparar los cortadores. Esto requiere precauciones especiales, como el tratamiento local del suelo o detener la TBM en una posición libre de agua. A pesar de estas dificultades, ahora se prefieren las TBM al método más antiguo de hacer túneles con aire comprimido, con una esclusa de aire/cámara de descompresión a cierta distancia de la TBM, que requería que los operadores trabajaran a alta presión y pasaran por procedimientos de descompresión al final de sus turnos, de manera muy similar a los buzos de aguas profundas .

En febrero de 2010, Aker Wirth entregó una tuneladora a Suiza para la ampliación de las centrales eléctricas de Linth-Limmern, situadas al sur de Linthal, en el cantón de Glaris . El pozo tiene un diámetro de 8,03 metros (26,3 pies). [23] Las cuatro tuneladoras utilizadas para excavar el túnel de base del San Gotardo , de 57 kilómetros (35 millas) , en Suiza , tenían un diámetro de unos 9 metros (30 pies). Se construyó una tuneladora más grande para perforar el túnel Green Heart (en neerlandés: Tunnel Groene Hart) como parte del HSL-Zuid en los Países Bajos, con un diámetro de 14,87 metros (48,8 pies). [24] Esta, a su vez, fue sustituida por la circunvalación de Madrid M30 , España , y los túneles de Chong Ming en Shanghái , China . Todas estas máquinas fueron construidas, al menos en parte, por Herrenknecht . En agosto de 2013 , la tuneladora más grande del mundo era " Big Bertha ", una máquina de 17,5 metros (57,5 pies) de diámetro construida por Hitachi Zosen Corporation , que cavó el túnel de reemplazo del viaducto de Alaskan Way en Seattle, Washington (EE. UU.). [25]

Ejes

Ilustración de 1886 que muestra el sistema de ventilación y drenaje del túnel ferroviario de Mersey.

En ocasiones, durante la excavación de un túnel es necesario construir un pozo de acceso temporal . Normalmente, estos pozos son circulares y descienden en línea recta hasta llegar al nivel en el que se va a construir el túnel. Normalmente, los pozos tienen paredes de hormigón y se construyen para que sean permanentes. Una vez que se han completado los pozos de acceso, se bajan las tuneladoras hasta el fondo y se puede comenzar la excavación. Los pozos son la entrada y salida principal del túnel hasta que se completa el proyecto. Si el túnel va a ser largo, se pueden perforar varios pozos en varios lugares para que la entrada al túnel esté más cerca del área no excavada. [14]

Una vez finalizada la construcción, los pozos de acceso a la construcción se utilizan a menudo como pozos de ventilación y también pueden usarse como salidas de emergencia.

Técnicas de hormigón proyectado

El nuevo método austríaco de excavación de túneles (NATM), también conocido como método de excavación secuencial (SEM) [26] , se desarrolló en la década de 1960. La idea principal de este método es utilizar la tensión geológica de la masa rocosa circundante para estabilizar el túnel, permitiendo una relajación medida y una reasignación de la tensión en la roca circundante para evitar que se impongan cargas totales sobre los soportes. Con base en mediciones geotécnicas , se calcula una sección transversal óptima . La excavación está protegida por una capa de hormigón proyectado, comúnmente conocido como hormigón proyectado . Otras medidas de soporte pueden incluir arcos de acero, pernos de roca y malla. Los avances tecnológicos en la tecnología del hormigón proyectado han dado como resultado que se agreguen fibras de acero y polipropileno a la mezcla de hormigón para mejorar la resistencia del revestimiento. Esto crea un anillo de carga natural, que minimiza la deformación de la roca . [26]

Túnel de servicios públicos de Illowra Battery , Port Kembla. Uno de los numerosos búnkeres al sur de Sídney .

El método NATM es flexible gracias a un control especial , incluso en caso de cambios inesperados en la consistencia geomecánica de la roca durante la excavación del túnel. Las propiedades medidas de la roca permiten obtener herramientas adecuadas para el reforzamiento del túnel . [26]

Elevación de tuberías

En la perforación de tuberías , se utilizan gatos hidráulicos para empujar tuberías especialmente fabricadas a través del suelo detrás de una tuneladora o escudo. Este método se utiliza habitualmente para crear túneles bajo estructuras existentes, como carreteras o ferrocarriles. Los túneles construidos mediante perforación de tuberías suelen ser perforaciones de diámetro pequeño con un tamaño máximo de alrededor de 3,2 metros (10 pies).

Levantamiento de cajas

El uso de hincado de cajas es similar al de hincado de tuberías, pero en lugar de hincar tubos, se utiliza un túnel en forma de caja. Las cajas hincadas pueden tener una longitud mucho mayor que un gato de tuberías, y la longitud de algunos gatos de caja supera los 20 metros (66 pies). Normalmente, se utiliza un cabezal de corte en la parte delantera de la caja que se está hincando y la eliminación de escombros normalmente se realiza con una excavadora desde el interior de la caja. Los desarrollos recientes del arco hincado y la plataforma hincada han permitido instalar estructuras más largas y de mayor tamaño con una precisión casi exacta.

Túneles submarinos

Túnel de tiburones en el Acuario de Georgia

También existen varios enfoques para la construcción de túneles submarinos, siendo los dos más comunes los túneles perforados o los tubos sumergidos , como por ejemplo el túnel de Bjørvika y el de Marmaray . Los túneles flotantes sumergidos son un enfoque novedoso que se está considerando; sin embargo, hasta la fecha no se ha construido ningún túnel de este tipo.

Vía temporal

Durante la construcción de un túnel, suele ser conveniente instalar una vía provisional, en particular para retirar los escombros de las excavaciones , que suele ser de vía estrecha para poder disponer de doble vía y permitir la circulación de trenes vacíos y cargados al mismo tiempo. La vía provisional se sustituye por la vía permanente al finalizar la obra, de ahí el nombre de " Perway ".

Ampliación

Un túnel de servicios públicos en Praga

Los vehículos o el tráfico que utilizan un túnel pueden sobrepasarlo, siendo necesario reemplazarlo o ampliarlo:

Pozo de construcción a cielo abierto

Un pozo de construcción abierto consta de un límite horizontal y uno vertical que impiden que el agua subterránea y el suelo entren en el pozo. Existen varias alternativas y combinaciones posibles para los límites de pozos de construcción (horizontales y verticales). La diferencia más importante con el pozo de construcción a cielo abierto es que el pozo de construcción abierto se silencia después de la construcción del túnel; no se coloca ningún techo.

Otros métodos de construcción

Túnel excavado con el método de perforación y voladura.

Tipos de túneles variantes

Túneles de dos pisos y multiusos

Los carriles de tráfico de nivel superior a través de la isla Yerba Buena , parte del puente de la bahía de San Francisco-Oakland

Algunos túneles son de dos niveles, por ejemplo, los dos segmentos principales del puente de la bahía de San Francisco-Oakland (terminado en 1936) están conectados por una sección de túnel de dos niveles de 160 metros (540 pies) a través de la isla Yerba Buena , el túnel perforado de mayor diámetro del mundo. [33] En la construcción, esto era una combinación de vía bidireccional para trenes y camiones en el nivel inferior con automóviles arriba, ahora convertido en tráfico de vehículos de carretera de un solo sentido en cada nivel.

En Turquía, el Túnel Eurasia bajo el Bósforo , inaugurado en 2016, tiene en su núcleo un túnel de carretera de dos niveles de 5,4 km (3,4 millas) con dos carriles en cada nivel. [34]

Además, en 2015 el gobierno turco anunció que construirá un túnel de tres niveles, también bajo el Bósforo. [35] El túnel está destinado a transportar tanto el metro de Estambul como una autopista de dos niveles, en una longitud de 6,5 km (4,0 mi).

El túnel dúplex francés A86  [fr], en el oeste de París, consta de dos tubos perforados, el oriental de los cuales tiene dos niveles para vehículos motorizados ligeros, a lo largo de una longitud de 10 km (6,2 mi). Aunque cada nivel ofrece una altura física de 2,54 m (8,3 pies), solo se permite el tráfico de hasta 2 m (6,6 pies) de altura en este tubo del túnel, y los motociclistas son dirigidos al otro tubo. Cada nivel se construyó con una calzada de tres carriles, pero solo se utilizan dos carriles por nivel; el tercero sirve como arcén dentro del túnel. El dúplex A86 es el túnel de dos niveles más largo de Europa.

En Shanghái , China, se construyó a partir de 2002 un túnel de dos niveles y dos tubos de 2,8 km (1,7 mi). En cada tubo del túnel de la carretera Fuxing  [zh], ambos niveles son para vehículos de motor. En cada dirección, solo los automóviles y taxis circulan por el nivel superior de dos carriles de 2,6 m (8,5 ft) de altura, y los vehículos más pesados, como camiones y autobuses, así como los automóviles, pueden utilizar el nivel inferior de un solo carril de 4,0 m (13 ft) de altura. [36]

En los Países Bajos, en 2016 se inauguró un túnel de carretera de dos pisos y ocho carriles de 2,3 km (1,4 millas) bajo la ciudad de Maastricht . [37] Cada nivel da cabida a una autopista de dos por dos carriles de altura completa. Los dos tubos inferiores del túnel llevan la autopista A2 , que se origina en Ámsterdam, a través de la ciudad; y los dos tubos superiores toman la autopista regional N2 para el tráfico local. [38]

El túnel de reemplazo del viaducto de Alaskan Way es un túnel de dos pisos de 2,83 kilómetros (1,76 millas) de largo y 3300 millones de dólares que se construirá bajo el centro de Seattle . La construcción comenzó en julio de 2013 utilizando la " Bertha ", en ese momento la tuneladora de equilibrio de presión de tierra más grande del mundo , con un diámetro de cabezal de corte de 17,5 metros (57,5 pies). Después de varias demoras, la perforación del túnel se completó en abril de 2017 y el túnel se abrió al tráfico el 4 de febrero de 2019.

El túnel de la calle 63 de la ciudad de Nueva York bajo el East River , entre los distritos de Manhattan y Queens , estaba destinado a transportar trenes de metro en el nivel superior y trenes de cercanías de Long Island Rail Road en el nivel inferior. La construcción comenzó en 1969, [39] y los dos lados del túnel se perforaron en 1972. [40] El nivel superior, utilizado por la línea IND de la calle 63 ( trenes F y <F> ) del metro de la ciudad de Nueva York, no se abrió al servicio de pasajeros hasta 1989. [41] El nivel inferior, destinado al tren de cercanías, recibió servicio de pasajeros después de la finalización del proyecto East Side Access , a fines de 2022. [42]

En el Reino Unido, el túnel Queensway de 1934 bajo el río Mersey entre Liverpool y Birkenhead originalmente iba a tener vehículos de carretera circulando en el nivel superior y tranvías en el inferior. Durante la construcción, se canceló el uso del tranvía. La sección inferior solo se utiliza para cables, tuberías y refugios de emergencia en caso de accidentes.

El túnel Lion Rock de Hong Kong , construido a mediados de la década de 1960 y que conecta New Kowloon y Sha Tin , lleva una autopista pero también sirve como acueducto , con una galería que contiene cinco líneas principales de agua con diámetros de entre 1,2 y 1,5 m (4 y 5 pies) por debajo de la sección de carretera del túnel. [43]

El túnel ferroviario y de autopistas del río Yangtze de Wuhan es un túnel de dos niveles y dos tubos de 2,59 km (1,61 mi) bajo el río Yangtze, terminado en 2018. Cada tubo lleva tres carriles de tráfico local en el nivel superior y una vía de la línea 7 del metro de Wuhan en el nivel inferior. [44] [45] [46]

El túnel Mount Baker tiene tres niveles. El nivel inferior se utilizará para el tren ligero Sound Transit . El nivel intermedio se utilizará para el tráfico de automóviles y el nivel superior para el acceso de bicicletas y peatones.

Algunos túneles tienen más de un propósito. El túnel SMART en Malasia es el primer " túnel vial y de gestión de aguas pluviales " multipropósito del mundo, creado para transportar tanto el tráfico como las aguas de inundaciones ocasionales en Kuala Lumpur . Cuando es necesario, el agua de la inundación se desvía primero hacia un túnel de derivación independiente ubicado debajo del túnel vial de dos niveles de 4,0 km (2,5 mi). En este escenario, el tráfico continúa normalmente. Solo durante lluvias intensas y prolongadas, cuando la amenaza de inundaciones extremas es alta, el tubo superior del túnel se cierra a los vehículos y se abren compuertas automáticas de control de inundaciones para que el agua pueda desviarse a través de ambos túneles. [47]

Los conductos de servicios públicos comunes o túneles de servicios públicos transportan dos o más líneas de servicios públicos. Mediante la ubicación conjunta de diferentes servicios públicos en un túnel, las organizaciones pueden reducir los costos de construcción y mantenimiento de los servicios públicos.

Pasajes cubiertos

La Puerta Oscura del siglo XIX en Esztergom , Hungría

A veces, los puentes elevados se pueden construir cubriendo una carretera, un río o una vía férrea con arcos de ladrillo o acero y luego nivelando la superficie con tierra. En la jerga ferroviaria, una vía a nivel de la superficie que se ha construido o cubierto normalmente se denomina "vía cubierta".

Los cobertizos para nieve son una especie de túnel artificial construido para proteger las vías del tren de las avalanchas de nieve. De manera similar, el "túnel de acero" de Stanwell Park , Nueva Gales del Sur , en la línea ferroviaria de Illawarra , protege la línea de los desprendimientos de rocas.

Paso inferior

Paso subterráneo para ganado creado en 1914 durante la construcción de lo que hoy es la histórica carretera del río Columbia

Un paso subterráneo es una carretera, vía férrea u otro paso que pasa por debajo de otra carretera o vía férrea, bajo un paso elevado . No se trata estrictamente de un túnel.

Seguridad y protección

Entrada al túnel del Pont de l'Alma , lugar donde el coche en el que viajaba Diana, Princesa de Gales , chocó contra un Fiat y luego contra el muro . No había una barrera adecuada y esto contribuyó a su muerte.

Debido al espacio cerrado de un túnel, los incendios pueden tener efectos muy graves para los usuarios. Los principales peligros son la producción de gases y humo, y el monóxido de carbono , incluso en concentraciones bajas , resulta muy tóxico. Por ejemplo, en el incendio del túnel de San Gotardo de 2001 murieron 11 personas, todas ellas por inhalación de humo y gases. En el accidente ferroviario de Balvano, en Italia, en 1944, murieron más de 400 pasajeros cuando la locomotora se detuvo en un largo túnel. La intoxicación por monóxido de carbono fue la principal causa de muerte. En el incendio del túnel de Caldecott de 1982, la mayoría de las muertes se debieron al humo tóxico, más que al choque inicial. Del mismo modo, en el incendio del metro de París de 1904 murieron 84 personas .

Los túneles para vehículos motorizados suelen requerir conductos de ventilación y ventiladores eléctricos para eliminar los gases de escape tóxicos durante el funcionamiento de rutina. [48]

Los túneles ferroviarios suelen requerir menos cambios de aire por hora , pero aún así pueden requerir ventilación con aire forzado . Ambos tipos de túneles suelen tener disposiciones para aumentar la ventilación en situaciones de emergencia, como un incendio. Aunque existe el riesgo de aumentar la tasa de combustión a través del aumento del flujo de aire, el objetivo principal es proporcionar aire respirable a las personas atrapadas en el túnel, así como a los bomberos .

La onda de presión aerodinámica producida por los trenes de alta velocidad que entran en un túnel [49] se refleja en sus extremos abiertos y cambia de signo ( el frente de onda de compresión cambia a un frente de onda de rarefacción y viceversa). Cuando dos frentes de onda del mismo signo se encuentran con el tren, una presión de aire significativa y rápida [50] puede causar molestias auditivas [51] para los pasajeros y la tripulación. Cuando un tren de alta velocidad sale de un túnel, puede producirse un fuerte " estruendo del túnel ", que puede molestar a los residentes cerca de la boca del túnel, y se agrava en los valles de montaña donde el sonido puede hacer eco.

Cuando se dispone de un túnel paralelo separado, generalmente se proporcionan puertas de emergencia herméticas pero desbloqueadas que permiten que el personal atrapado escape de un túnel lleno de humo hacia el tubo paralelo. [52]

Los túneles más grandes y muy utilizados, como el túnel Big Dig en Boston, Massachusetts , pueden tener un centro de operaciones dedicado y con personal disponible las 24 horas que monitorea e informa sobre las condiciones del tráfico y responde a las emergencias. [53] A menudo se utilizan equipos de videovigilancia y el público en general puede ver imágenes en tiempo real de las condiciones del tráfico de algunas autopistas a través de Internet.

Una base de datos de daños sísmicos a estructuras subterráneas que utiliza 217 casos históricos muestra que se pueden hacer las siguientes observaciones generales con respecto al desempeño sísmico de las estructuras subterráneas:

Los terremotos son una de las amenazas más formidables de la naturaleza. Un terremoto de magnitud 6,7 sacudió el valle de San Fernando en Los Ángeles en 1994. El terremoto causó grandes daños a varias estructuras, incluidos edificios, pasos elevados de autopistas y sistemas viales en toda la zona. El Centro Nacional de Información Ambiental estima que los daños totales ascienden a 40 mil millones de dólares. [55] Según un artículo publicado por Steve Hymon de TheSource - Transportation News and Views, no hubo daños graves en el sistema de metro de Los Ángeles. Metro, el propietario del sistema de metro de Los Ángeles, emitió un comunicado a través de su personal de ingeniería sobre el diseño y las consideraciones que se tienen en cuenta en un sistema de túneles. Los ingenieros y arquitectos realizan un análisis exhaustivo sobre la fuerza con la que esperan que los terremotos golpeen esa zona. Todo esto se tiene en cuenta en el diseño general y la flexibilidad del túnel.

Esta misma tendencia de daños limitados en el metro después de un terremoto se puede ver en muchos otros lugares. En 1985, un terremoto de magnitud 8,1 sacudió la Ciudad de México; no hubo daños en el sistema de metro y, de hecho, los sistemas de metro sirvieron como salvavidas para el personal de emergencia y las evacuaciones. Un terremoto de magnitud 7,2 azotó Kobe, Japón, en 1995, sin causar daños en los túneles en sí. Los portales de entrada sufrieron daños menores, sin embargo, estos daños se atribuyeron a un diseño sísmico inadecuado que se originó a partir de la fecha de construcción original de 1965. En 2010, un terremoto de magnitud 8,8, masivo en cualquier escala, afectó a Chile. Las estaciones de entrada a los sistemas de metro sufrieron daños menores y el sistema de metro estuvo fuera de servicio durante el resto del día. A la tarde siguiente, el sistema de metro estaba operativo nuevamente. [56]

Ejemplos

En la historia

Portal sur del túnel del canal Dudley de 1791 en Inglaterra
Acuarela de Thomas Talbot Bury de los portales del túnel Liverpool Edge Hill
Queda un pequeño tramo del túnel de 1832 que unía Edge Hill con Lime Street en Liverpool . Este y un pequeño tramo del túnel original más cercano a Lime Street son los túneles ferroviarios más antiguos del mundo que aún siguen en uso.
Acceso a Liverpool Lime Street . El túnel original de dos vías fue eliminado para crear un desmonte profundo. Algunos de los puentes de carretera que se ven a través del desmonte son de roca sólida y, en efecto, son una serie de túneles cortos.
Los tres portales orientales de los túneles de Liverpool Edge Hill, construidos en un corte profundo excavado a mano. El túnel izquierdo con vías es el segundo túnel corto de Crown Street de 1846, que todavía se utiliza para maniobras. En el centro, parcialmente oculto por la maleza, se encuentra el túnel Wapping de 1829, de 2,03 km (1,26 mi), en desuso . A la derecha, oculto por la maleza, se encuentra el túnel original de Crown Street, de 1829, en desuso.
El túnel de la cumbre del paso Donner de 1.659 pies (506 m) (n.º 6) estuvo en servicio desde 1868 hasta 1993.
Una máquina perforadora neumática de rocas de finales del siglo XIX, inventada por Germain Sommeiller y utilizada para perforar los primeros grandes túneles a través de los Alpes.
Pequeño túnel de ladrillos en funcionamiento en Francia

La historia de los túneles antiguos y la construcción de túneles en el mundo se analiza en varias fuentes que incluyen muchos ejemplos de estas estructuras que se construyeron con diferentes propósitos. [57] [58] A continuación se presentan brevemente algunos túneles antiguos y modernos bien conocidos:

Más largo

El túnel de base del San Gotardo es la primera ruta llana que atraviesa una gran cadena montañosa.

Notable

El túnel para vehículos de carretera Big Dig en Boston , EE. UU.
El túnel de Gerrards Cross , en Inglaterra, finalizado en 2010. Vista hacia el oeste, en dirección a la estación, en marzo de 2005, que muestra el alcance de la construcción tres meses antes de que se derrumbara una pequeña sección.
El portal oriental del túnel abandonado de Sideling Hill , Pensilvania, EE. UU., en 2009

Minería

Túnel utilizado anteriormente para la extracción de carbón en Nueva Taipei , Taiwán

La utilización de túneles para la minería se denomina minería de deriva .

Uso militar

Algunos túneles no están destinados al transporte, sino que son fortificaciones, como por ejemplo Mittelwerk y Cheyenne Mountain Complex . Las técnicas de excavación, así como la construcción de búnkeres subterráneos y otras áreas habitables, suelen estar asociadas al uso militar durante conflictos armados o respuestas civiles a amenazas de ataque. Otro uso de los túneles era el almacenamiento de armas químicas [82] [83] [1].

Túneles secretos

Puerta de un compartimento donde dormían los esclavos fugitivos, en el Ferrocarril Subterráneo

Los túneles secretos han permitido entrar o escapar de una zona, como los túneles de Cu Chi o los túneles de contrabando en la Franja de Gaza que la conectan con Egipto . Aunque la red del Ferrocarril Subterráneo utilizada para transportar a los esclavos fugitivos era "subterránea" sobre todo en el sentido de secreto, ocasionalmente se utilizaban túneles ocultos. Los túneles secretos también se utilizaron durante la Guerra Fría , bajo el Muro de Berlín y en otros lugares, para el contrabando de refugiados y para el espionaje .

Los contrabandistas utilizan túneles secretos para transportar o almacenar contrabando , como drogas ilegales y armas . Se estima que los túneles de 300 metros (1000 pies) de ingeniería elaborada construidos para contrabandear drogas a través de la frontera entre México y Estados Unidos requerían hasta 9 meses para completarse y un gasto de hasta $ 1 millón. [84] Algunos de estos túneles estaban equipados con iluminación, ventilación, teléfonos, bombas de drenaje, ascensores hidráulicos y, al menos en un caso, un sistema de transporte ferroviario electrificado. [84] Los ladrones también han utilizado túneles secretos para entrar en bóvedas de bancos y tiendas minoristas fuera del horario laboral. [85] [86] Las Fuerzas de Seguridad Fronteriza han descubierto varios túneles a lo largo de la Línea de Control a lo largo de la frontera entre India y Pakistán , principalmente para permitir el acceso de terroristas al territorio indio de Jammu y Cachemira . [87] [88]

Se desconoce el uso real de los túneles de Erdstall , pero existen teorías que lo relacionan con un ritual de renacimiento.

Túneles naturales

Vista a través de un túnel natural en Corea del Sur

Accidentes mayores

Véase también

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Bibliografía

Enlaces externos