Túnel de la M-30 de Madrid: Infraestructura necesaria

Antes de la remodelación de la antigua M-30, el nudo Sur era la zona más congestionada de esta vía, con la mayor densidad de tráfico de todos los tramos. El tramo comprendido entre la autovía de Valencia, A-3, hasta la Carretera de Toledo, A-42, absorbía un tráfico de 260.000 vehículos/día en sus ocho carriles, cuatro por sentido.

La construcción de un túnel uniendo ambas carreteras resultaba prioritaria para disminuir los atascos de tráfico que se producían a diario en el Nudo Sur y al mismo tiempo reducir el elevado índice de siniestralidad.

El bypass Sur de la M-30 se diseñó como un trayecto alternativo a los movimientos este-oste que se realizaban en la zona sur de la vía de circunvalación M-30, acortando significativamente este trayecto, en aproximadamente 1.50 km.

El bypass sur está formado por dos túneles paralelos unidireccionales (túnel norte y túnel sur), de igual sección, de unos 4.200 m de longitud cada uno, que conectan directamente el tramo de soterramiento del río Manzanares, entre el Nudo sur y el Paseo Marqués de Monistrol, y la M-30 junto al enlace con la Avenida del Mediterráneo (A-30).

TRAZADO DE LOS TÚNELES

Los túneles comienzan en el pozo de ataque situado en el parque de la Arganzuela, junto al Palacio de Cristal, donde conecta con el tramo de soterramiento de la M-30 paralelo al río Manzanares. El trazado discurre bajo el Palacio de Cristal y las naves del Matadero de Arganzuela, Paseo de la Chopera, barrio de las Delicias y barrio de Legazpi y, a continuación, bajo el parque Enrique Tierno Galván. Hasta ese punto los dos túneles se mantienen prácticamente paralelos a una distancia de unos 30 m, separándose después para ocupar cada uno de los laterales de la M-30, pasando bajo el enlace de Méndez Álvaro y en paralelo al viaducto sobre la Avenida de la Albufera. Finalmente el trazado de los túneles termina en el pozo situado antes del enlace de la Avenida del Mediterráneo. Desde este pozo se accede a la M-30 en superficie por los carriles centrales, y hasta el enlace con la A-3 mediante rampas de acceso.

En cuanto al perfil longitudinal, este arranca en el pozo de Arganzuela a una profundidad de 18.5 m, profundizando rápidamente, de forma que a la altura de la plaza Legazpi el eje del túnel se encuentra a unos 40 m de profundidad. Esta profundidad sigue aumentando hasta alcanzar el máximo bajo el parque Enrique Tierno Galván, donde el túnel se encuentra a unos 75 m de profundidad, ascendiendo suavemente a partir de aquí hasta el pozo de ataque de la Avenida del Mediterráneo, que se sitúa a una profundidad de 23 metros.

Como puntos singulares de este trazado se pueden citar los cruces con las líneas 1, 3 y 6 del metro, con la línea C-5 del ferrocarril de cercanías, el paso bajo las líneas de alta velocidad Madrid-Zaragoza y Madrid-Sevilla y el tramo en paralelo con el puente de Vallecas. También hay que destacar que el trazado discurre por una zona densamente poblada y con multitud de edificaciones, algunas de ellas de considerable altura, como los edificios de oficinas de la zona de Méndez Álvaro o las viviendas de la Avenida del Planetario.

Ambos túneles están conectados cada 200 m por una galería transversal de comunicación para peatones y cada 600 m por otra galería transversal más para paso de vehículos. Estos recorridos de evacuación se complementan con salidas de emergencia directas al exterior que se integran dentro de los recintos destinados a pozos de ventilación de los túneles.

PERFIL GEOTÉCNICO

El terreno atravesado por los túneles está formado por materiales terciarios típicos de las fases detrítica y química de la cuenca de Madrid, arcillas y yesos principalmente, recubiertos por sedimentos cuaternarios asociados a ríos y por rellenos antrópicos.

• Rellenos antrópicos de naturaleza diversa. Su espesor es variable aunque por lo general no es superior a 5-6 m, excepto en la zona del parque Enrique Tierno Galván que llegan a alcanzar hasta m 20 m de espesor.
• Sedimentos cuaternarios de origen aluvial, formados por arenas flojas y limos blandos. Su espesor no sobrepasa los 6-7 m.
• Formaciones terciarias arcillosas, conocidas localmente como peñuelas. Su espesor, donde llega a alcanzar casi 40 m, disminuyendo a medida que se acerca al sur, donde tienen unos 15 m de espesor. Con frecuencia, en estas arcillas se presentan fisuras y lisos.
• Formaciones yesíferas, que se presentan intercaladas entre las peñuelas.

Por lo general, excepto al comienzo y final del trazado, los túneles se excavaron en peñuelas y yesos masivos, con una cobertura de éstos mismos materiales no inferior a un diámetro del túnel.

EXCAVACIÓN MEDIANTE TUNELADORAS

Los túneles principales se han excavado con dos tuneladoras tipo EPB (escudos de presión de tierras) construidas especialmente para este proyecto con las especificaciones técnicas prescritas por los técnicos del Ayuntamiento de Madrid y sus asesores. El diámetro de excavación de ambas máquinas, bautizadas como Dulcinea y Tizona, es de 15,16 m de diámetro de excavación, lo que constituye, en el momento de su fabricación, un nuevo record mundial de diámetro de escudos de presión de tierras.

Las tuneladoras tipo EPB basan su funcionamiento en la compensación de las presiones del terreno con las generadas en su cámara frontal mediante la regulación de la velocidad de extracción del material excavado, sin necesidad de utilizar aire comprimido ni ningún otro fluido, como pueden ser los lodos bentoníticos, para mantener esta presión. Para ello cuentan con un escudo cerrado dotado de una rueda de corte con mínimas aperturas, que es la encargada de excavar el terreno. El escudo avanza mediante el empuje que generan una serie de gatos hidráulicos que apoyan en los anillos de dovelas, que conforman el revestimiento definitivo del túnel, previamente colocados por la máquina. De esta forma el túnel se construye mediante una secuencia de excavación – colocación de anillo de dovelas, ciclo que puede realizarse en apenas una hora en los momentos del rendimiento máximo. La construcción se completa con el relleno con mortero del espacio anular que queda entre la excavación y el anillo de revestimiento.

Esta tecnología supone el máximo grado de seguridad para excavación de túneles. No sólo protege a los trabajadores que construyen los túneles al trabajar al amparo de un escudo completamente cerrado, sino que además es el método que produce las menores subsidencias en el terreno gracias a la compensación de la presión de tierras, evitando en gran medida los daños a las edificaciones cercanas. Los anillos de revestimiento del túnel están compuestos por diez dovelas de hormigón armado (nueve más la dovela de cierre) de 2 m de longitud y 0,60 m de espesor, de manera que la sección interior del túnel resultante tiene un diámetro de 13,45 m, lo cual permite disponer de calzadas de circulación de 3 carriles de 3,50 m de ancho, con las correspondientes aceras y arcenes de servicio. También queda espacio para la galería de extracción del aire contaminado, en la parte superior, y para la galería inferior bajo la plataforma de rodadura, la cual sirve tanto para la impulsión de aire fresco al túnel como el tránsito de vehículos de servicio como para el tránsito de vehículos de servicio y mantenimiento, la evacuación de personas en caso de accidente o el acceso de vehículos de rescate (ambulancias, bomberos, etc.).

Otro aspecto en el cual las tuneladoras presentan una gran ventaja sobre otros métodos constructivos el de la velocidad de ejecución. La experiencia previa en grandes túneles urbanos realizados en Madrid es amplia y con resultados óptimos. Los mismos equipos humanos encargados de hacer funcionar las máquinas del bypass habían alcanzado rendimientos de hasta más de 1.000 m/mes con tuneladoras de 9,38 m de diámetro durante las últimas ampliaciones de metro. Sin embargo, cada tuneladora constituye un prototipo en sí misma, con sus propias especificaciones y más las del bypass sur, que tienen un tamaño nunca antes alcanzado, por lo que las incertidumbres en su comportamiento y rendimiento eran grandes.

En todos los sentidos el comportamiento de las tuneladoras ha sido excepcional. Aunque más adelante se expondrá el comportamiento en relación a las subsidencias y al efecto en el entorno, en cuanto al rendimiento de excavación los resultados pueden considerarse totalmente satisfactorios. La excavación del túnel norte comenzó a finales de noviembre de 2005 desde el pozo de acceso de la Avenida del Mediterráneo y se terminó en el pozo de Arganzuela a mediados de julio de 2006, mientras que la ejecución del túnel sur se realizó en sentido contrario, iniciándose en Arganzuela a principios de abril de 2006 y terminando en octubre de 2006 en el pozo de avenida del Mediterráneo. Ambas tuneladoras se cruzaron en la zona de la plaza de Legazpi. El avance medio del túnel ha sido, por tanto, de 15 m/día, con un máximo de 36 m/día, mientras que del túnel sur el avance medio ha sido de 18 m/día, habiendo alcanzado un máximo de 46 m/día. Estos rendimientos son similares a los alcanzados con tuneladoras de menor tamaño y han permitido la puesta en servicio de los túneles en los plazos previstos.

OTROS PROCEDIMIENTOS CONSTRUCTIVOS

La utilización de tuneladoras en los túneles principales es la parte más llamativa de las obras, pero un proyecto de esta envergadura se compone de muchos otros elementos auxiliares que requieren la utilización de otros procedimientos de construcción que han supuesto un esfuerzo equiparable al de aquellos. Estos procedimientos han sido dos, la excavación a cielo abierto y la excavación en mina por métodos tradicionales.

Las excavaciones a cielo abierto se han empleado para la construcción de los pozos de ataque de las tuneladoras, las rampas de acceso a los túneles y para los pozos de ventilación y emergencia. Se han realizado siempre al abrigo de pantallas, ya sea continuas o de pilotes.

Por su magnitud y complejidad hay que destacar la construcción de ambos pozos de ataques de las tuneladoras. El pozo de Arganzuela, que sirvió para el arranque del túnel sur y extracción de la tuneladora del túnel norte, tienen unas dimensiones de 100 por 60 m con 35 m de profundidad, mientras que el pozo de la Avenida del Mediterráneo mide 95 por 50 m y 35 de m de profundidad, sirviendo en su día para la instrucción en el terreno de Dulcinea y la salida de Tizona. Ambos fueron construidos mediante pilotes secantes de 1,50 m de diámetro y arriostrados mediante vigas-estampidores y anclajes provisionales, con la singularidad de que en el nivel inferior del pozo debía tener una distancia libre entre arriostramientos de 16 m, con objeto de dejar suficiente espacio libre para emboquillar la tuneladora.

En el caso de las rampas, la excavación se ha realizado por el clásico método de cut & cover, construyendo las pantallas laterales y hormigonando la losa superior contra el terreno, de forma que ésta sirve de arriostramiento en cabeza. Posteriormente se excavó por debajo de esta losa, situando puntuales como arriostramientos intermedios si los cálculos lo consideraban necesario.

En cuanto a las galerías de conexión entre ambos túneles, éstas han sido excavadas mediante el método tradicional de Madrid, el cual es una variante del clásico método belga. Consiste básicamente en la excavación inicial de una galería de avance en clave de reducidas dimensiones entibada con madera, que es ensanchada hacia los lados hasta formar la bóveda mediante entibación cuajada. Una vez excavada, se encofra y hormigona la bóveda. Seguidamente se excava la destroza y después se excavan, por bataches contrapeados, los hastiales, de forma que en ningún momento quede la bóveda totalmente descalzada. Una vez hormigonados los hastiales se excava y hormigona la contrabóveda. Uno de los puntos débiles del método es la posible presencia de huecos en el trasdós del revestimiento, lo cual se previene mediante la realización de inyección de contacto en la bóveda y los hastiales. Los avances normales son de 2,50 m, completándose un avance diario, lo que lleva a rendimientos semanales de 12,50 m por cada frente de excavación.

ESTRUCTURAS INTERIORES

Un aspecto singular de las obras es la construcción de las estructuras que soportan la losa de calzada, que sujeta la plataforma de rodadura de vehículos, y la losa de cubierta.

Para cumplir con los plazos de ejecución era necesario construir la loza de calzada simultáneamente a la excavación del túnel, lo cual precisaba idear un procedimiento constructivo que no interfiriera con el funcionamiento de la tuneladora, que como es sabido precisa de un tráfico continuo de trenes auxiliares. Para ello se diseñó y construyó un carro de encofrado deslizante que dejaba libre en su interior un gálibo suficiente para permitir el paso de los trenes. Con este carro se hormigonaron las ménsulas sobre las que posteriormente se apoyó la losa de calzada, formada por placas aligeradas de hormigón postensado de 1,20 m de longitud y 0,60 m de canto.

La losa cubierta se colocó una vez completada la de calzada, consistiendo en placas alveolares apoyadas en ménsulas metálicas ancladas al revestimiento de dovelas.

Todas estas estructuras, así como el revestimiento del túnel, han sido diseñadas para cumplir con los máximos niveles de resistencia al fuego exigidos por las normas internacionales, estando diseñadas para soportar el fuego tipo de la curva de hidrocarburos mayorada durante 120 minutos.

CONTROL DE SUBSIDENCIAS Y AFECCIÓN AL ENTORNO

Antes del comienzo de la excavación de los túneles se realizó una previsión de las subsidencias del terreno. Para ello se utilizaron tanto el método Madrid de previsión de subsidencias como métodos numéricos empleando el programa FLAC en 2 y 3 D. también se realizó un inventario de edificaciones y una inspección de éstas, contándose así con la tipología de sus estructuras y cimentaciones y con su estado de conservación, información a partir de la cual pueden estimarse unos movimientos máximos admisibles por los edificios.

La comparación de los máximos movimientos previstos con los máximos movimientos admisibles determinó las zonas donde era necesario realizar algún tipo de trabamiento del terreno para evitar cualquier daño en el entorno de los túneles.

El control del comportamiento real de los túneles durante su excavación se llevó a cabo mediante la aplicación de un plan de auscultación que comprendía tanto la medida de los movimientos del terreno y de las edificaciones como del estado de los elementos estructurales del túnel y pozos.

En Madrid, para la previsión y el análisis posterior de los movimientos en la superficie debidos a la excavación de túneles, es habitual utilizar el llamado modelo Madrid. Gracias a la amplia experiencia en su utilización durante la construcción de túneles en Madrid, este modelo está suficientemente contrastado y definidos los rangos de variación de los parámetros que intervienen. El empleo de este modelo permite analizar los movimientos verticales y horizontales en la superficie y las dimensiones de la cubeta de asientos. El modelo Madrid modeliza la cubeta de asientos en la superficie mediante una campana de Gauss, por lo que esta queda definida por el asiento máximo y la posición del punto de inflexión.

El modelo Madrid determina ambos parámetros por métodos semiempíricos, que tienen en cuenta la geometría de los túneles, su procedimiento constructivo y el tipo de terreno.

En cuanto a la auscultación, se definieron tres tipos de instrumentación:

Instrumentación sistemática

• Reglas de nivelación en los edificios y estructuras existentes que se encontraban dentro de una distancia del eje del túnel igual a la profundidad de la contrabóveda, es decir, tomando un ancho de cubeta de 45º.
• Secciones formadas por tres hitos de nivelación en el terreno (uno en eje y dos en hastiales) cada 50 m.

Secciones de control

• Secciones formadas por 9 hitos de nivelación cada 250-300 m (5 sobre la sección del túnel y cuatro equidistantes de forma que se cubra la cubeta de asientos prevista).

Instrumentación en zonas singulares

• En zonas de tratamiento, vías de comunicación y cruces con líneas de metro, se han instalado secciones formadas por hitos de nivelación, extensómetros de varilla a distintas profundidades, inclinómetros y trivec (aparato de alta precisión para medir la evolución de los movimientos en tres direcciones ortogonales).
• En las propias estructuras bajo las que se ha realizado algún tratamiento del terreno se ha intensificado la instrumentación con hitos y regletas de nivelación, además de instalar convergencias y líneas de electroniveles.

En el pozo de ataque se instalaron inclinómetros embebidos en los pilotes que formaban las pantallas con el fin de conocer los movimientos horizontales que pudieran producirse durante las distintas fases de la excavación.

Esta instrumentación ha registrado movimientos verticales, tanto en el terreno como en las estructuras existentes, de escasa magnitud. Por lo general los movimientos reales medidos han sido inferiores a 10 mm e inferiores a los máximos previstos.

En cuanto a los inclinómetros instalados en los pozos de ataque, han registrado movimientos horizontales máximos en el pozo de la Avenida del Mediterráneo de 57 mm, también inferiores a los previstos en proyecto y con una deformada con una forma que se adapta muy bien a la teórica.

TRATAMIENTO DEL TERRENO

En las zonas donde los movimientos esperados superaban a los tolerables se realizaron tratamientos del terreno destinados a corregirlos. Los tratamientos fueron fundamentalmente de tres tipos:

Control de inestabilidades en zonas de entrada y salida de las tuneladoras

La zona del comienzo y final de un túnel suelen ser dos zonas inestables, debido fundamentalmente a que suelen ser zonas superficiales, con escasa cobertura y materiales cuaternarios y a que durante los primeros metros de túnel las paradas de la tuneladora para finalización del montaje y de ajustes son muy frecuentes y la cámara de presión de tierras no está llena de material, por lo que la presión del frente no está compensada. Se ha realizado un recinto de 29 x 15 m2 de pilotes de hormigón, separados entre ejes de 4,25 m, y de profundidad variables entre 10,5 y 35,5 m, de forma que queda cubierta la zona de posible inestabilidad.

Tratamiento de consolidación bajo la línea 1 de metro

El cruce de los túneles con la Avenida de la Ciudad de Barcelona supone también el cruce con el túnel de la línea 1 del metro, que discurre a lo largo de esta calle. el cruce es perpendicular, pasando la clave del túnel del bypass a 17,70 m por debajo de la solera del metro. En el análisis de la previsión de asientos se había estimado un asiento máximo de 28 mm en la solera del túnel de metro. Se realizó un tratamiento de consolidación del terreno bajo la solera del túnel de metro mediante inyecciones armadas. Los taladros se perforaron desde el interior del túnel de metro, mediante entradas nocturnas a las vías, instalándose tubos manguito de acero de 10 m de longitud en una disposición vertical e inclinada, cubriendo un ancho de 14 m bajo la sección transversal del antiguo túnel, con taladros cada 3,8 m, la inyección supuso una media de 40 l/m2 de lechada de cemento a una presión de 3 bares en la zona más cercana al túnel de metro, y de 5 bares en la más alejada. Los túneles se encontraban densamente instrumentados mediante regletas de nivelación, convergencias y nivelación de las propias vías del metro, además de electroniveles para el control de movimientos automático y continuo sin necesidad de acceder a las vías, lo cual era imprescindible dado que en ningún momento se suspendió el tráfico en la línea 1 de metro. Gracias al tratamiento, los asientos se redujeron en un 60% respecto a la previsión.

Tratamiento de protección de edificios mediante barreras de pilotes

En la zona de Méndez Álvaro se encuentran tres grandes edificios de oficinas de 14 plantas de altura y 4 niveles de sótanos, que distan entre 20 y 30 m del eje del túnel norte, estando este a 46 m de profundidad. Se ejecutó una barrera mediante una pantalla de pilotes de 1 m de diámetro, con el objetivo de cortar la cubeta de asientos, lo cual se consiguió, no detectándose movimientos apreciables en las regletas de nivelación colocadas en las estructuras de los edificios.

Inyecciones de compensación de asientos

Fueron empleadas en dos zonas, bajo los edificios de viviendas del Paseo del molino y cubriendo los edificios municipales del Paseo de la Chopera, en el antiguo matadero de Arganzuela. Entre ellos destaca especialmente la compensación de asientos bajo el Palacio de Cristal, edificio totalmente acristalado de estructura metálica, especialmente sensible a los posibles movimientos que pudieran haberse producido. El tratamiento se realizó desde pozos construidos ex profeso, desde dónde se perforaron taladros horizontales, en dos niveles, de hasta 55 m de longitud, en los cuales se instalaron tubos-manguito de acero en el nivel superior y de PVC en el inferior, con válvulas situadas cada 0.50 m en ambos casos. Estos niveles de compensación se encontraban situados dentro de una capa de peñuelas reblandecidas. Las inyecciones se realizaron en tres fases, una de pretratamiento o acondicionamiento del terreno, en la que se inyectaron una media de 70 l/m de lechada de cemento; una fase concurrente durante el paso de la tuneladora; y, finalmente, una fase observacional para corrección de asientos remanentes tras el paso de la máquina. Los movimientos finales del Palacio de Cristal, controlados mediante nivelación óptica de precisión, fueron de apenas 8-10 mm de levantamiento, no detectándose ningún daño en el Palacio al final de todo este proceso.

Publicación original: 2007