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Podemos hacerlo porque queremos

Karin Bäppler: Jefa de Geotecnia y Consultoría, Traffic Tunnelling, Herrenknecht AG.
Georg Siebert: Director ejecutivo. Herrenknecht Tunneling Services México, S. A. de C. V.

El 1° de junio de 2016, el túnel ferroviario más largo del mundo abrió sus puertas. Con tecnología mecanizada de tuneleo, cuatro tuneladoras alemanas tipo Gripper conquistaron la montaña y rompieron récords de velocidad y longitud; hoy el túnel de base de San Gotardo en Suiza, con una longitud de 57 km, conecta Erstfeld con Bodio. Formando el corazón de la Nueva Transversal Ferroviaria Alpina (NTFA), acerca aun más a Suiza y Europa.

 

Más de 85 km de los tubos principales fueron excavados y asegurados con tuneladoras de alta tecnología. Desde el inicio de su viaje en 2003, las ruedas de corte de las cuatro máquinas “devoraron” unos 10.5 millones de metros cúbicos de roca. En total se excavaron 13.5 millones de metros cúbicos de material en el túnel de base de San Gotardo: casi cinco veces el volumen de la pirámide de Keops en Guiza.

A finales de 2016, los primeros trenes de alta velocidad viajarán a través del túnel de base de San Gotardo a velocidades de entre 200 y 250 kilómetros por hora. Después de abrirse por completo la NTFA, el tiempo de viaje de Zúrich a Milán se reducirá en una hora, para ser de tan sólo 2 horas y 40 minutos. Ferrocarriles Suizos, en particular, espera reducir los tiempos de transporte de mercancías, otra importante mejora en la logística de tráfico entre Alemania e Italia.

figura 1









Representación de la tuneladora Gripper en la montaña

Está naciendo una nueva era en los viajes transalpinos por tren. Salir tranquilamente de Bahnhofstrasse en Zúrich para ir de compras a la elegante galería Vittorio Emanuele II en Milán y volver la misma tarde no es un sueño. Esta excursión rápida entre los dos centros comerciales se ha hecho posible con el túnel de San Gotardo, junto con los túneles de base de Ceneri y Zimmerberg.

El túnel, que tiene una altitud máxima de 550 metros sobre el nivel del mar, se halla a los pies de la montaña de San Gotardo. Dos tubos de túnel, uno por sentido, atravesarán la cordillera alpina de valle a valle, por así decirlo, en un camino casi llano.

La excavación en el portal oeste del túnel de base de San Gotardo finalizó el 23 de marzo de 2011, mientras que en el portal este se concluyó el 15 de octubre de 2010. La excavación y el aseguramiento de más de 85 km de túneles principales con cuatro tuneladoras Gripper marcó el hito más importante en la obra para terminar el túnel ferroviario más largo del mundo (véase figura 1). Con este proyecto trascendental de doble tubo de 57 kilómetros de largo, Suiza conecta el norte y el sur de Europa por ferrocarril a través de los Alpes.

 

La maravilla más larga del mundo

“Se trata de un corredor ferroviario de alta velocidad para Europa, directamente a través de los Alpes, para el transporte de mercancías de Róterdam a Génova de manera respetuosa con el medio ambiente”, explica Moritz Leuenberger, consejero federal de Suiza, al describir la maravilla más larga del mundo. Esta hazaña es parte del plan de Suiza para transferir el transporte de mercancías, tanto como sea posible, de las carreteras a los ferrocarriles como una forma de proteger el medio ambiente, algo que el país alpino está a punto de lograr a pasos agigantados. La idea de este túnel fue expresada por primera vez en 1947, pero los trabajos de construcción no comenzaron hasta el año 2001. El proyecto es resultado de casi medio siglo de planificación intensiva, y evolucionó a la par de la tecnología y la geotecnia. También requirió decisiones políticas valientes y con visión.

 

Túneles, pozos y galerías

Se requirió un total de 152 kilómetros de túneles y lumbreras para llevar a cabo el proyecto del túnel de base de San Gotardo. Los planificadores dividieron los dos tubos principales y las casi 180 galerías de conexión en cinco fases de construcción, de manera que se pudiese trabajar en las cinco secciones de manera simultánea y así el tiempo total de construcción se reduciría considerablemente. Sin embargo, también se requirieron extensas disposiciones de logística: tuvieron que construirse túneles de acceso y abastecimiento y excavarse enormes cavernas que sirvieran como bases para las actividades de construcción de túneles o las operaciones de perforación y explosión (véase figura 2).

Más de 85 km de los tubos principales fueron excavados y asegurados con tuneladoras de alta tecnología. Estos gigantes de acero, de más de 400 metros de longitud y cabezas de corte de 9.5 metros, se abrieron camino a través de roca extremadamente dura, mientras la multitud de esquiadores que disfrutaba la nieve unos 2,000 metros por encima, en el paso Lukmanier, permanecía ajena al ruido ensordecedor y a la brutal fuerza de la máquina. Desde el inicio de su viaje en 2003, las ruedas de corte de las cuatro máquinas “devoraron” unos 10.5 millones de metros cúbicos de roca. En total se excavaron 13.5 millones de metros cúbicos de material en el túnel de base de San Gotardo: casi cinco veces el volumen de la pirámide de Keops en Guiza. Alrededor de 75% de la ruta principal del túnel fue excavada por estos “megatopos”, como son llamadas las TBM (tunnel boring machines).

figura 2





Trazo del túnel de base de San Gotardo.

 

La gran obra

Hay tres túneles de acceso y cuevas de suministro en el gran sitio de construcción de San Gotardo: en Amsteg en el norte, en el acceso intermedio de Sedrun, y en Faido en el sur. El acceso al túnel es relativamente fácil desde los caminos de paso de montaña en las bocas del túnel próximas a Bodio y Erstfeld en el norte, mientras que en Amsteg es abordado a través de un túnel “corto” de 2 kilómetros de longitud. El túnel de acceso en Faido es de 2.7 kilómetros, con una pendiente de casi 13%. El trabajo en el acceso intermedio de Sedrun fue mucho más complejo, ya que primero requirió excavar un túnel horizontal de acceso con una longitud aproximada de mil metros y superior al nivel del túnel, y luego hundir dos ejes verticales en su extremos a una profundidad de unos 800 metros hasta el túnel.

 

Planes de alta precisión e imponderables geológicos

Al perforar túneles del tamaño de semejante proyecto siempre pueden presentarse sorpresas. No es por nada que los constructores del túnel tienen un gran respeto por su tarea; su trabajo es una cuerda floja entre lo altamente planificado y lo imprevisible. A pesar de las muchas investigaciones preparatorias, pueden surgir dificultades inesperadas. Por ejemplo, en los inicios de la construcción del túnel desde el lado sur de San Gotardo en febrero de 2003 –tras sólo 200 metros–, el trabajo fue interrumpido debido a la presencia de roca no consolidada. Las dos tuneladoras que partieron de Bodio, llamadas por los equipos de tuneleo Sissi en el tubo este y Heidi en el tubo oeste, se encontraron con zonas de perturbación geológica conocidas como zonas de caquirita. Esta roca es demasiado blanda para las tuneladoras Gripper, que están diseñadas para roca muy dura y vuelven casi imposible el progreso rápido en la perforación del túnel.

Cada metro de túnel excavado debe asegurarse con un complejo proceso; las máquinas no pudieron dejar atrás estas zonas de disturbio hasta agosto de 2003, después de unos 400 metros de perforación.

Pero el registro de una construcción también puede incluir informes positivos inesperados. Por ejemplo, hubo buenas noticias del lado norte en la primavera de 2004. En el plan de construcción, los geólogos habían pronosticado una interrupción en la construcción del túnel de hasta cuatro meses para lidiar con la zona de Intschi. Por suerte, sin embargo, esta zona fue aproximadamente 50% menor de lo esperado, y los equipos que operaban las máquinas Gabi 1 y Gabi 2 fueron capaces atravesarla, aunque con menor velocidad de perforación.

No obstante, dicho esto, las subidas y bajadas en la montaña parecían interminables: buenos rendimientos mensuales de tuneleo de 560 m y tasas de penetración de hasta 12 mm por revolución fueron seguidos por tramos difíciles, algunos con una tasa de penetración de sólo 3 milímetros por revolución y un avance de sólo 140 m por mes. Hubo malas noticias para los ingenieros en junio de 2005. De repente y sin aviso, roca suelta mezclada con agua de la montaña se infiltró en la cabeza de corte de Gabi 2 en el conducto oeste. Al principio, los tuneleros intentaron quitar a mano el fino material del cabezal de corte y hacer retroceder la TBM unos centímetros, sin éxito. Finalmente, se solidificó el área sin consolidar al frente del cabezal de la máquina mediante la inyección de una mezcla de cemento y bentonita. Al mismo tiempo, los constructores excavaron un túnel de 50 metros de largo desde el tubo este para liberar el cabezal de la TBM desde el frente. La perforación normal no se reanudó hasta noviembre de 2005, después de una suspensión de cinco meses. Las máquinas también tenían que lidiar con condiciones geológicas cambiantes en el sur, en el tramo de Bodio a Faido, lo que alteró el desempeño de perforación del túnel. Se lograron notables mejoras mediante la adaptación de las dos tuneladoras para las circunstancias imprevistas. En diciembre de 2005, Sissi alcanzó el mejor rendimiento diario en el túnel, con 38 metros en el tubo este.

 

2006: el año de las primeras llegadas

En junio y octubre de 2006 los equipos de construcción en el norte celebraron el final de la perforación en la sección Amsteg-Sedrun con un rendimiento espectacular. Las máquinas aceleraron hacia el final del lote de construcción seis y nueve meses antes de lo previsto, respectivamente. Pero todo terminó con un anticlímax: justo antes del final del lote se encontraron con un obstáculo geológico: la caquirita. Por esta razón las tuneladoras fueron desmontadas con anticipación en la zona de roca sólida. Entonces los trabajadores transportaron los componentes de la máquina fuera del túnel con su propio tren.

En otoño de 2006 finalmente se terminó en el sur también, con la precisa llegada a la estación multifuncional de Faido. Las tuneladoras con diámetros de más de 8 metros alcanzaron sus metas después de 13.5 y 14 km, respectivamente, con desviaciones verticales y horizontales de unos pocos centímetros. Después de una revisión total y un reacondicionamiento con cabezales nuevos y más grandes, con un diámetro mayor a 9 metros, Sissi y Heidi partieron otra vez en julio y octubre de 2007 para perforar hacia el norte, de Faido hacia Sedrun.

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Desafío técnico extremo

El tuneleo con perforación convencional y métodos de explosión entre los accesos intermedios de Faido y Sedrun también fue un desafío técnico extremo. Aquí los tuneleros explotaron enormes estaciones subterráneas en la roca, que servirán como bahías especiales para los trenes en caso de emergencia. El túnel de derivación también permitirá a los trenes cambiar de un tubo a otro durante la operación; un sofisticado sistema de conductos transversales y de conexión garantiza que el humo pueda dispersarse y que entre aire fresco en el túnel. Las dos estaciones multifuncionales son obras enormes en sí mismas; aquí, la roca presentó para los tuneleros un desafío particular de perforación y explosión.

Después de un reacondicionamiento importante, Gabi 1 y Gabi 2 completaron la sección norte Amsteg-Erstfeld, con una longitud de poco más de 7 km, en 2009. Las condiciones geológicas allí eran casi ideales; esto significaba que podría establecerse un récord de tuneleo en San Gotardo a finales del verano de 2009. En sólo 24 horas, Gabi 2 se abrió camino a través de no menos de 56 metros de montaña: un récord mundial para una tuneladora de tales dimensiones.

El 16 de junio y el 16 de septiembre de 2009, los equipos de construcción en el norte llegaron a su destino en Amsteg luego de tan sólo 18 meses, es decir, seis meses antes de lo previsto. Este avance fue un gran ejemplo de la precisión de los constructores del túnel y de las máquinas. Ambas tuneladoras se habían desviado de la línea ideal 4 milímetros horizontalmente y 8 milímetros verticalmente: precisión milimétrica en el sentido más puro.

El 23 de marzo de 2011 se logró la terminación de la excavación en el tubo oeste, y el 15 de octubre de 2010 en el tubo este. Siguieron unos cuantos años de trabajos de acabado para convertir el túnel en una ruta ferroviaria funcional de alta velocidad con altos estándares de seguridad; ejemplo de ello son las dos estaciones de emergencia donde pueden parar los trenes en caso de peligro; aquí los pasajeros podrán moverse rápidamente de un túnel a otro, pues cada uno de los dos tubos sirve como una vía de escape de su gemelo. Se trata de una solución inteligente que llegó después de un largo análisis de las alternativas.

El trabajo de los constructores del túnel y de las máquinas llegó a su fin, y los resultados son muy satisfactorios. Se enfrentaron todos los riesgos, se superaron todos los contratiempos y se sobrevivió a los altibajos emocionales. Los programas fueron respetados a pesar de la casi inimaginable complejidad del proyecto, y el tiempo perdido en un lugar se recuperó en otros. Con motivo del logro de la última meta, el avance Erstfeld-Amsteg, el consejero suizo Leuenberger habló de una victoria sobre los incrédulos y protestantes. Su lema era “No importa cuán alta la montaña ni cuán dura la roca; donde hay voluntad, hay un modo. Podemos hacerlo porque queremos”

 

Este es un resumen editado y traducido del artículo “Gotthard Base Tunnel. 4 Gripper TBMs for a wonder of the world”, publicado en la página www.herrenknecht.com

 

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