El diseño geométrico del túnel es de gran importancia, tanto desde el punto de vista del usuario de la carretera, como desde el punto de vista de la construcción y del mantenimiento del túnel. Generalmente el trazado en planta y alzado del túnel dependen del trazado del resto de la carretera y de las características de ésta, con la que tiene que mantener una cierta homogeneidad, y suele ser más bien un parámetro de entrada al diseño del túnel que un resultado de éste. Por el contrario, el diseño de la sección tipo suele obedecer más a aspectos propios del túnel (geología, método constructivo, instalaciones, etc.), que a datos generales de la carretera, por lo que se puede independizar del resto de la misma. El diseño geométrico se basa generalmente en la experiencia de túneles anteriores, a partir de los que se han obtenido una serie de recomendaciones de tipo general, que son las que se incluyen en este capítulo. No obstante, cada caso concreto puede tener unas particularidades que condicionen una determinada solución, que puede llegar a ser, incluso, contraria a las recomendaciones generales.

El trazado en planta generalmente viene deter- minado por la traza general de la carretera y normalmente no puede variarse de forma sustancial. Si es posible, deberán tenerse en cuenta los factores geológico-geotécnicos existentes y se procurarán evitar los puntos o zonas conflictivas: fallas, zonas alteradas, emboquilles complicados, etc. Para la serie de aspectos concretos del trazado en planta señalados a continuación, se han establecido unas recomendaciones en base a la experiencia de túneles anteriores '":

3:Ql lkL~S.- Se recomienda que el trazado de la aproximación al túnel sea tal, que la boca de éste sea visible por el conductor 15 segundos antes de llegar hasta ella, en cualquier circunstancia. Es decir, si V es la velocidad de proyecto de la carretera en Kmlh, la boquilla debe ser visible desde una distancia mínima dada por la expresión: L= 4.17V donde L está dado en metros. Por otra parte, para evitar el deslumbramiento debido a la luz del día en túneles largos, es conveniente disponer una curva cerca de las bocas de salida con objeto que desde dentro del túnel no sea visible el exterior.

EI\!LACES D54TGG @ E L i ú i d ~ ~ . - Se procurarán evitar los enlaces, tanto entradas como salidas, dentro del túnel. Si son inevitables, se reforzará la iluminación en dichas zonas. Las bifurcaciones se señalizarán antes del túnel para que cada vehículo entre ya a éste por el carril correspondiente a la salida que vaya a tomar y, de este modo, evitar, en lo posible, los cambios de carril dentro del túnel.

E:i:LA,CZI; ?3Y;Ofl;Oc; AL TL'WEL.- Se recomienda una distancia mínima de 300 metros entre las boquillas de un túnel y cualquier entrada, salida, peaje, etc. existente en la carretera.

?i'i3"3ii.i3/.2 E!\J LAS C U R V A S . - Dentro del túnel se debe mantener una distancia de visibilidad mínima superior a la distancia de parada en caso de una incidencia. El Centro de Estudios de Túneles de Francia (CETU) ha elaborado un modelo que relaciona la

Distancia de visibiliáud en un

túnel en curva

velocidad de proyecto, la pendiente del trazado y el radio de curvatura mínimo admisible. En la

figura 2.1 se observa que en una curva de radio R, la distancia de visibilidad d

depende de la distancia del observador

Hastial

\ r

CASO DE CURVA A IZQUIERDA CASO DE CURVA A DERECHA

al hastial del túnel e. La expresión correspondiente es: R- @

8e despreciando el término en e2. E l valor de e dependerá de las anchuras de arcenes y aceras adoptadas para la sección tipo del túnel, y es distinto según sea la curva a derecha o a izquierda (véase figura 2.1). Por su parte, la distancia de

parada se da en la tabla 2.1 en función de la velocidad del vehículo en Km/h. Se debe corregir dicho valor según la pendiente conforme a lo indicado en la tabla 2.2. Se puede partir de un radio dado y obtener la velocidad máxima admisible en el túnel o, a la inversa, para una velocidad de proyecto fija, calcular el radio mínimo dentro del túnel.

DISTANCIA DE PARADA EN RECTA Y CON EL SUELO SECO 35 55 ,;5 110 125 120 1-iO - - - - - - -

VELOCIDAD ( IKm I h ) -6% -4% -2% O +2% +4% +6% - - - - - - -

40 I I 1 O -1 -1 -1 - -- -- - - - -

Una primera condición para el trazado en alzado de un túnel es el drenaje de las aguas que afloran al mismo procedentes del terreno. Se debe asegurar una pendiente mínima de un 0.2% a un 0.4 % (según el CETU) para evacuar las aguas. Asimismo, deben evitarse los acuerdos cóncavos que produzcan puntos bajos, pues se necesitaría en ellos disponer un bombeo para impedir la acumulación de agua. Por otra parte, se recomienda que las rampas no sean superiores al 2% en túneles cortos (menores de 400 m), ni superiores al 1 .S% en túneles largos por las razones que se indican a continuación:

La emisión de gases contaminantes de los vehículos aumenta con la inclinación de la rampa y se hace excesiva a partir de un 2% de pendiente.

3 La velocidad de los vehículos pesados se reduce excesivamente en rampas superiores a esos valores, lo que obligaría a diseñar carriles adicionales para vehículos lentos con el consiguiente aumento de coste. La experiencia demuestra que cuanto mayor es la rampa, mayor es la probabilidad de que se produzca una avería de un vehículo, que quedaría inmovilizado, provocando reducción de la capacidad y riesgo de colisión.

Las pendientes descendentes son, por el contrario, beneficiosas por las razones contrarias a las anteriores, aunque en caso de incendio son perjudiciales por el efecto chimenea. En general se aceptan las mismas limitaciones que para el caso de carretera al aire libre. La tabla 2.3 recoge las limitaciones de rampas y pendientes en función de la longitud del túnel, propuestas por la Comunidad de los Pirineos.

Para los acuerdos verticales la condición de visibilidad es la misma que a cielo abierto, por lo que pueden emplearse los mismos criterios en cuanto a las limitaciones de Kv. En túneles bidireccionales no son recomendables los acuerdos convexos por la perdida de trazado, y en ningún tipo de túnel son recomendables los acuerdos cóncavos a causa del drenaje, tal y como se ha indicado anteriormente. En general es conveniente evitar los acuerdos verticales, o en su defecto, diseñarlos con un parámetro Kv amplio. En la tabla 2.4 se muestran los valores máximos propuestos por la Comunidad de los Pirineos.

En el dimensionamiento de la sección transversal de un túnel entran en juego diversos factores: anchura necesaria para la circulación del tráfico, gálibo necesario para la circulación de los vehículos, anchura de las aceras, necesidades geométricas de las instalaciones y equipamientos del túnel y, por último, la propia construcción del túnel.

salvo los carriles adicionales para vehículos lentos, que son de 3.00 metros. Normalmente ANCHURA DE LA CP,LZADA

no se emplean carriles más estrechos de dichos valores salvo circunstancias excepcionales:

La anchura de los carriles es generalmente de 3.50 metros,

carretera de montaña con poco tráfico y prácticamente sin vehículos pesados, en cuyo caso podrían ser válidos carriles de 3.00 metros. El número de carriles debe ser el mismo que en la carretera al aire libre, dependiendo del tipo de vía, de la intensidad del tráfico y del nivel de servicio de la vía. Los túneles de carretera generalmente tienen dos carriles y en ciertas circunstancias tres. Si fueran necesarios cuatro carriles es preferible la opción de dos túneles paralelos de dos carriles

Pel-fZles tipo elz túneles(1)

Pe~ifiles tipo e n túneles(1l.l

Perftles tipo en túneles(lll;)

cada uno, ya que las dificultades constructivas crecen aproximadamente con el cuadrado de la anchura del túnel. Los tres carriles se utilizan en túneles unidireccionales con mucho tráfico (en áreas urbanas), o en túneles bidireccionales con rampa superior a un 2%, en que existe un carril

para vehículos lentos. La anchura del arcén viene impuesta por el efecto pared, que limita la capacidad de la vía, y por la posibilidad de existencia de vehículos averiados en el lado derecho de la circulación. En túneles se diseñan arcenes entre O y 2 metros, según el tipo de carretera y el nivel de servicio. El arcén derecho de 2.50 metros que es habitual a cielo abierto se considera excesivo para el caso de un túnel. El CETU (1) ha propuesto un catálogo de doce perfiles tipo de dos carriles a emplear según diversos casos. En las figuras 2.2, 2.3 y 2.4 se incluyen estos perfiles y las características de la carretera donde son aconsejables cada uno de ellos. En ciertas ocasiones, en túneles bidireccionales, se ha dispuesto una mediana central entre los dos carriles, materializada o no con una barrera rígida. La solución

de barrera rígida central no parece adecuada, mientras que la solución de separar los dos carriles con pintura una distancia de unos 50 cm (caso del Túnel del Cadí), sí parece dar buen resultado.

máxima permitida de los vehículos, aunque en autopista/autovía la norma 3.1 1C señala un

3,q::aCj c\? % ~ y ~ ~ ~ . j i .

gálibo mínimo de 4.75 metros en calzada y 4.50 metros en arcenes y aceras montables. Se suele utilizar el perfil tipo de la figura 2.5, con variación lineal en el arcén entre 4.75 y 4.50 m. Se recomienda además disponer de una reserva de gálibo de 10 cm para prever futuros refuerzos del firme y otros 10 cm por seguridad en caso de falso techo

(necesario en el caso de venti- r-7--------- ---------- ; -7 lación transversal).

El gálibo mínimo en España es de 4.50 metros, que es la altura

Para dimensionar la sección 4.50 m 3.501-1- t ipo es necesario tener en

recomendable

cuenta el peralte en curvas y el bombeo en rectas, que suele

1 z m

82 1 ' * ig oscilar entre un 1 % y un 5%,

tzinel Vo % < x < 4 2 aunque en ocasiones es mayor.

barreras rígidas, flexibles u otro medio. En el resto de los túneles la circulación de peatones se limita a los usuarios de vehículos averiados y a los empleados de mantenimiento. En tal caso la acera deberá permitir el paso de un hombre caminando, que requiere una anchura mínima de 75 cm. Existen túneles sin aceras, pero la experiencia demuestra su utilidad. Además, con las secciones de túnel modernas de hastiales curvos, las aceras vienen obligadas por el gálibo en altura, por lo que no suponen un sobrecoste adicional. Por otra parte, la anchura de la acera junto con la del arcén influye en el efecto pared y en la visibilidad en las curvas. Para que el efecto pared no reduzca la capacidad de la carretera, la anchura mínima de arcén-tacera debe ser de 1.80 metros. En cuanto a la visibilidad, véase el apartado 2.2 y la figura 2.1 El bordillo puede ser rebasable o no. En general la tendencia actual es hacia los bordillos rebasables, de altura inferior a 15 cm, para reducir el efecto pared, permitir un sobreancho en caso de vehículos averiados o distracción del conductor y también para permitir la circulación de los vehículos de mantenimiento del túnel. No obstante, en tal caso, hay que tener en cuenta que las instalaciones (señalización, semáforos,.) no pueden colocarse sobre la acera y que es necesario un gálibo mínimo sobre acera de al menos 3.50 metros.

z - 3 ' ~ ' i~ L-L A C Z F K

\-.IA?,LACID~!E: La ubicación de las instalaciones se debe tener en cuenta al dimensionar la sección tipo. La mayor influencia es la debida a la ventilación. Si se trata

En túneles accesibles a los peatones de forma habitual, la

de ventilación longitudinal se debe dejar sitio suficiente en la bóveda para los ventiladores, teniendo en cuenta que su diámetro llega hasta los 1.50 metros. Con ventilación transversal o semitransversal debe disponerse un falso techo y una sección suficiente para los caudales de aire fresco y viciado que se requieran (véase el capítulo 14 sobre Ventilación). La iluminación no necesita apenas sitio, y además es conveniente colocarla por encima de la altura de gálibo. La señalización vertical se suele colocar sobre las aceras o por encima del gálibo de vehículos en el caso de paneles luminosos. Por otra parte, las canalizaciones para cables y otras instalaciones se suelen colocar bajo la acera o adheridas al hastial en bandejas porta-ca bles.

anchura de la acera será como mínimo de 1.50 metros y estará aislada de la calzada con

En general, cuando se dimensiona la sección tipo del túnel, no se conocen las dimensiones exactas de los elementos de las instalaciones, por lo que es conveniente diseñar la sección de forma amplia, del lado de la seguridad. Muchas veces son las instalaciones las que se adaptan a la sección tipo del túnel y no a la inversa En la figura 2.6 se muestra una sección de túnel con la disposición habitual de todos los elementos de ventilación, iluminación y seguridad.

T C T O R DE IiKEI'lDIOS

BANDEJA PORTACABLES , I

sección transversal está obligada a ser circular. Existen, no obstante, tuneladoras con r v f \ \ \ A ~ ! h j 3-i T W ~ V E L

varias cabezas cortantes que dan secciones ovaladas.

Si el túnel se excava con máquina tuneladora (topo), la

Con explosivos o rozadora puede conseguirse cualquier sección tipo aunque, por estabilidad, siempre son aconsejables las secciones circulares o policéntricas redondeadas. En túneles de dos carriles se suele usar una sección de radio único, mientras que para anchuras mayores se tiende a secciones de tres centros para optimizar mejor el volumen de excavación. En túneles revestidos con anillo de hormigón hay que tener en cuenta que los encofrados son rectos por lo que, si el túnel es de planta curva, se produce una pérdida de anchura útil que viene dada por la siguiente expresión:

JT-E a = R - R donde: 4

R es el radio de la curva, L es la longitud del encofrado y a es la pérdida de anchura. Para radios pequeños dicho valor puede llegar a ser de hasta 5 - 10 cm. Por último, hay que considerar que debido a las tolerancias usuales en la obra civil, puede haber errores de hasta 5 cm en la posición de cualquier elemento del túnel.

En el diseño geométrico de los túneles es necesario también tener en cuenta ciertas recomendaciones relativas a la seguridad de los usuarios, especialmente en túneles largos (mayores de 1000 metros) de autopista o autovía. Las recomendaciones en uso hoy en día pueden resumirse en los puntos que siguen:

C I R C U L A C I ~ N DE PEATONES.- Como se ha explicado anteriormente, es conveniente la existencia de una acera de anchura mínima 75 cm. para la circulación de usuarios de vehículos averiados.

EVACiJACiOF\! DE FEATONES.- En el caso de que la circuiación quede detenida dentro del túnel, hay que prever un posible

escape para peatones. En el caso de un túnel único deberá hacerse necesariamente por las aceras del mismo; para túneles dobles unidireccionales, se recomienda construir

Revestmento galerías de unión entre ambos, cada 300-400 metros, de dimensiones mínimas 1.40 x 2.60 metros. En caso de incendio, este diseño permite a los peatones abandonar el túnel lleno de humo y escapar por el otro tubo. En la 1 1 figura 2.7 se muestra una sección tipo para esta galería.

habilitar galerías de conexión entre tubos para vehículos cada 800-1000 metros, de dimensiones mínimas 4.0 x

Firme U- 100 3.5 metros. Un ejemplo de sección tipo se muestra en la

peatonal I I t. 3.0 (I figura 2.8.

1000 metros es recomendable diseñar un l

sobreancho del túnel que permita alojar / / 1 I Y \\ camiones averiados. Puede hacerse coincidir con las galerías para evacuación de vehículos, con el fin de que el sobreancho facilite el giro de O S vehículos del túnel hacia a galería y viceversa. Las dimensiones recomendadas son las que aparecen en la figura 2.9 ( 'l . Di-naje//

l l 1 l

Apartadero

Tubos para instalacioned

N Ir-- , r ? , > *q- D E S E G U R ; D , C , D , - LOS nichos

albergan diversas instalaciones de seguridad: poste SOS, extintores, hidrantes, etc.; se suelen disponer cada 100-1 50 metros. Un esquema típico es el de las figuras 2.1 0 y 2.1 1"'. En la figura 2.12 se muestra un esquema en planta de un túnel de autopista (dos tubos paralelos unidireccionales), indicando la situación de cada uno de los elementos de seguridad descritos. Se ha adoptado un módulo de 150 m, de forma que en cada módulo hay un nicho de seguridad, cada dos módulos hay, además, una galería de conexión entre tubos para peatones, y cada cuatro módulos hay nicho, apartadero y galería de conexión para vehículos. Lógicamente, la disposición y distancia entre elementos dependerán de cada caso particular, y en concreto de la longitud del túnel.

A - HASTIALES CURVOS Panel de señalización

Situación de infiaestructti ra

de seguridad en un túnel

Puesto teléfonico o intercomunicador

L 2.00 min. j

de nicho

L..-.

'\ Conducción para incendio,

B - HASTIALES RECTOS Panel de serialización de nicho

Puesto teiéfonico o intercomunicador

ESQUEMA DE SlTUAClON DE INFRAESTRUCTURAS DE SEGURIDAD

150 150 150 150 150 , 150 150 150 , 150 150 /150 150 /I /I /I /l /I 4 /I /j' /i NICHOS 1 'f

/N/ /N/ m I N I r Ñ l r Ñ l h \

l b C A L Z A D A IZQUIERDA \zarda DE APARTADERO l

(1) Centre dlEtudes des Tunnels (CETU): "Dossier Pilote des Tunnels. 2 - Geométrie", CETU, 1990.

(2) Centre dlEtudes des Tunnels (CETU): " Profil en Long dans les Tunnels Routiers", CETU, 1993.

' GALERIAS ' 1 1

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GALERIAS PEATONALES

I PEATONALES ENTRE TUNELES

I 1 DEVEHICULOS i

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