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E l Túnel de A Pena forma parte del sub-tramo Lalin-Baxan / Lalin-Anzo; que esuno de los cinco tramos en que se ha

dividido la obra de la nueva línea ferroviaria en-tre Lalin y Santiago que, junto al tramo Oren-se-Lalin, formará la nueva conexión para 350km/h entre Orense y Santiago, en el NO deEspaña.

Esta obra esta incluida en el Plan Estratégi-co de Infraestructuras y Transporte (PEIT); quefue elaborado en 2005 por el Ministerio de Fo-mento para planificar las actuaciones referentesa infraestructuras del transporte en Españahasta el año 2020. En la Fig. 1 se muestran lasactuaciones previstas en el PEIT (2005).

La construcción de la nueva línea Orense-Santiago esta gestionada por ADIF; el controlde las obras entre Lalin y Santiago ha sido en-

cargado a una UTE formada por Idom y Geo-control y la construcción del tramo Lalín-Ba-xan / Lalin-Anzo fue adjudicada a Ferrovial-Agroman.

Proyecto del túnelEl proyecto del túnel fue redactado por ApiaXXI, por encargo de la empresa adjudicatariade la construcción; con las características quese indican a continuación.

Geometría del túnelEl Túnel de A Pena tiene una longitud de 810metros y fue proyectado con tipología mo-notubo, con dos vías de circulación de an-cho UIC.

Para mitigar los efectos de la sobrepresióngenerada por la circulación de los trenes, la

sección libre del túnel por encima de la cotade carril es de 110 m2; lo cual supone, talcomo se muestra en la Fig. 2, que la secciónexcavada de este túnel es de 156 m2.

Características de los terrenosEn la Fig. 3 se muestra el perfil geotécnicodel Túnel de A Pena, que esta constituidopor esquistos y neises con grado de altera-ción muy variable; razón por la cual su RMRtiene valoraciones desde 58 a menos de 25puntos.

El espesor del recubrimiento se mueve en-tre 10 y 15 m y el nivel freático se encuentra aunos ocho metros sobre la clave del túnel; ex-cepto en la parte central del túnel donde exis-te una falla, zona en la que el nivel freático lle-ga a estar por debajo de la rasante del túnel.

La situación creada en la parte central del Túnel de A Pena (nuevo Eje ferroviario

Ourense-Santiago), donde se tenían que excavar bajo el nivel freático, rocas

alteradas con bajo índice RMR y con un recubrimiento de espesor similar al

diámetro de excavación, presentaba gran dificultad constructiva. En este

artículo, se expone la solución de refuerzo seleccionada de tres posibles,

tras un back- analysis, y que ha permitido terminar la construcción del túnel

sin incidencias reseñables.

Construcción de un tramo del Túnel de A Penaen terreno de baja calidad, bajo el nivel freático

y con un recubrimiento similar a la anchura de la excavación

Palabras clave: CONTRABÓVEDA, EXCAVACIÓN,NIVEL FREÁTICO, RECUBRIMIENTO,REFUERZO, RMR, TERRENO, TÚNEL.

- Agustín FERNÁNDEZ, ICCP. ADIF.Julio RODRÍGUEZ, ICCP. ADIF.

Benjamín CELADA, Dr. Ing. Minas. GEOCONTROL, S.A.Juan CUADRADO, ICCP. GEOCONTROL, S.A.

Isabel ÁLVAREZ, Geóloga. GEOCONTROL, S.A.

m [Figura 1] .- Actuaciones previstas en el PEIT. m [Figura 4] .- Sección transversal del Túnel de A PENA.

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Método constructivoLa construcción del Túnel de A Pena se plan-teó en base a excavar el terreno con mediosmecánicos; dividiendo la sección en tres fases.

Tal como se ha indicado, en la Fig. 2, en lafase de Avance se excavaban 67,5 m2, en laDestroza 73 m2 y en la Contrabóveda15,5 m2.

Como se ha expuesto en el apartado ante-rior en la parte central del túnel existe una fallaque es la causa de que el terreno sea de muymala calidad en esa zona; esto, unido al esca-so espesor del recubrimiento, hizo que laconstrucción del túnel en esa zona se plante-ara a cielo abierto a lo largo de 118 m.

En la parte construida en subterráneo elsostenimiento se planteó con bulones o cer-chas y hormigón proyectado en los tramos enlos que el RMR era superior a 30 puntos ycuando el terreno tenía una calificación peor seavanzaba bajo la protección de paraguas pe-sados de micropilotes y se construían patas deelefante para mejorar el apoyo del sostenimien-to del Avance.

Problemas encontrados durantela excavación del AvanceCuando se llevaban construidos 183 m delAvance la calidad del terreno empeoró antesde lo previsto y fue necesario excavar bajo laprotección de paraguas pesados; aunque laabundante presencia de agua hizo que no seconsiguiera estabilizar este tramo.

En la Fig. 4 se muestra la evolución deldescenso de la clave, en la estación de con-trol colocadas en el pk 0+602,87, y en ella seaprecia el elevado nivel de descenso de la cla-ve; que llega a 95 mm a 38 m por detrás delfrente de excavación, sin que se alcance la es-tabilización.

A la vista de esta situación, se decidió refor-zar el tramo de túnel inestable mediante bulo-nes autoperforantes, de 8 m de longitud en losparamentos del túnel y el frente del túnel me-diante hormigón proyectado; colocándose,además, numerosos tubos de drenaje.

En la Foto 1 se muestra una vista del fren-te del túnel protegido con hormigón proyecta-do y de los paramentos del túnel reforzadoscon los bulones autoperforantes.

Solución planteada para resolverlos problemas existentesEl primer paso para poder encontrar la solucióna los problemas existentes consistió en definirun refuerzo conceptual; a continuación se rea-lizó un back-analysis para encontrar las propie-dades del terreno que se correspondían con lasituación existente y, finalmente, se procedió aseleccionar una solución y a dimensionarla.

Solución conceptualDado que las medidas realizadas indicabanclaramente que el sostenimiento del túnel delAvance se estaba hincando en el terreno, lasolución que parecía más adecuada era la derecalzar el sostenimiento con micropilotes,que debían ser perforados a través de las pa-tas de elefante y solidarizados a ellas median-te resina epoxy y vigas de reparto.

m [Figura 4] .- Descenso de la clave en el pk 0+602,87.

m [Figura 3] .- Perfil geotécnico del túnel de A pena.

m [Foto 1].- Frente protegido con hormigón proyectado y bulones colocados en los paramentos.

En la Fig. 5 se muestra el diseño conceptualde la solución propuesta; que podía combinar-se con los bulones auto-perforantes que ya secolocaban o con una contrabóveda provisional.

Determinación de las propiedadesde los terrenosEl terreno en el que está excavado el Túnel deA Pena esta constituido por una arcilla limosa,que es producto de la alteración de los es-quistos existentes en ese entorno.

El terreno a excavar está bajo el nivel freáticoy, por ello, se puede considerar totalmente satu-rado. En estas condiciones, como posición con-servadora, parece razonable realizar los cálculostrabajando en tensiones totales; con lo cual,aceptando un criterio de rotura tipo Morh-Cou-lomb, los parámetros resistentes se reducen a lacohesión no drenada, Cu, pues el ángulo de ro-zamiento en estas condiciones es nulo.

De acuerdo con los datos contenidos en elproyecto y las experiencias habi-das en obra se han asignado a laarcilla limosa las siguientes propie-dades de partida:

- Densidad aparente:

- Módulo de deformación:

- Coeficiente de Poisson:

- Cohesión no drenada:

El estado tensional inicial en terrenos arci-llosos y saturados debe estar próximo al mo-delo hidroestático y, consecuentemente se haadoptado en este caso un valor K0=1.

Con estos datos de partida se realizaroncálculos, con el modelo que se ilustra en laFig. 6, para conseguir un Factor de SeguridadFS =1 en la construcción del Avance.

El proceso para obtener FS =1 consiste en irbajando la cohesión no drenada inicial, Cu = 20t/m2, en cálculos sucesivos hasta que se produ-ce la inestabilidad del modelo. En la Fig. 7 se re-presenta la distribución de las velocidades dedesplazamiento del último cálculo estable, quecorresponde a Cu = 13,79 t/m2, y al primero ines-table, que se produce si se toma Cu = 13,10 t/m2.

De acuerdo con estos datos se consideróque la cohesión sin drenar que mejor repre-senta el comportamiento de estos terrenos esCu = 13,79 t/m2; en vez del valor inicialmentetomado de 20 t/m2.

Comparación de varias soluciones derefuerzoUna vez que se había determinado el valor dela cohesión sin drenar del terreno, se analiza-ron tres posibles soluciones de refuerzo; com-binando bulones autoperforantes, micropilotesde recalce y contrabóveda temporal, paraevaluar cual era la más conveniente.

Las tres soluciones se analizaron utilizandoel modelo geomecánico, presentado en la Fig.6, resuelto con el programa FLAC 3D V3.10 yse obtuvieron los siguientes resultados:

1. Bulones autoperforantes y contrabóvedaprovisional, Factor de Seguridad = 1,17.

2. Micropilotes de 12 m de longitud, Factorde Seguridad = 1,10.

3. Micropilotes de 12 m de longitud y con-trabóveda provisional. Factor de Segu-ridad = 1,34.

De acuerdo con estos resultados la solu-

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m [Figura 7].- Distribución de velocidades de desplazamiento del modelo en el último caso estable (I)y el primero inestable (II).

m [Figura 5].- Propuesta conceptual para el recalce con micropilotesen el Túnel de A Pena. m [Figura 6].- Detalle del mallado y elementos estructurales del modelo

empleado en el back-analysis.

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ción que se seleccionó para continuar la cons-trucción del Avance fue la de construir unacontrabóveda provisional y recalzar la estruc-tura del sostenimiento, en las patas de elefan-te, mediante micropilotes de 12 m de longitud.

Determinación del pase de construcción de la contrabóvedaPara determinar la longitud del pase de cons-trucción de la contrabóveda se utilizó el mo-delo geomecánico que se presenta en la Fig.8; que fue también resuelto con el programaFLAC 3D V3.10.

Los cálculos realizados mostraron que, enel caso de que la contrabóveda se construye-ra en módulos de 4 m, el Factor de Seguri-dad calculado era de 1,31; si la longitud delmodulo subía a 8 m el Factor de Seguridadbajaba a 1,27, y si, finalmente, se planteabasu construcción en módulos de 10 m se llega-ba a un valor FS = 1,24. De acuerdo con es-tos resultados se decidió construir la contra-bóveda en pases de 10 m.

Finalización de la construcciónLos trabajos para finalizar la construcción

del Avance se reiniciaron el 16.10.2008 y fina-lizaron el 2.4.2009.

La construcción de la Destroza y de laContrabóveda se comenzó el 4.11.2008 y fi-nalizó el 13.4.2009; avanzando en módulosde 10 m sin ningún incidente reseñable.

En la Fig. 9 se muestra la evolución deldescenso de la clave en el pk 0+602,87 y enella se aprecia la estabilización del descensode la clave en 92 mm, una vez reforzado el tú-nel con los micropilotes de recalce, y el efectode la construcción de la Destroza y Contrabó-veda que supuso un descenso adicional deotros 90 mm.

En la Foto 2 se muestra la excavación delfrente de la Destroza; mientras que en la nº 3se muestra la colocación del sostenimiento enuno de los paramentos de la Destroza. Por úl-timo en la Foto 4 se muestra una vista del tra-mo problemático, ya construido y pendientede la colocación del revestimiento definitivo. Conclusiones

La situación creada en la parte central del Túnelde A Pena donde se tenían que excavar, bajo elnivel freático, rocas alteradas con RMR inferiora 20 puntos y con un espesor del recubrimien-to similar al diámetro de excavación puede serconsiderada de gran dificultad constructiva.

Para definir la solución a emplear se ha reali-zado un back-analysis, trabajando en tensionestotales, que ha permitido definir el valor de la co-hesión sin drenar el terreno; Cu = 13,79 t/m2.

Se ha realizado un estudio de tres posiblessoluciones de refuerzo y se ha seleccionado unaconsistente en colocar micropilotes de 12 me-tros de largo y una contrabóveda provisional;durante la construcción del Avance. La finaliza-ción del túnel se ha hecho excavando Destrozay Contrabóveda con pases de 10 m de largo,de acuerdo con los resultados de cálculo.

La aplicación de las medidas de refuerzopropuestas han permitido terminar la cons-trucción del túnel sin incidencia alguna. lm [Fig.9].- Descenso acumulado en la clave del P.K. 0+602,87 hasta la construcción de la contrabóveda.

m [Figura 8] .-Modelo utilizadopara definir elpase desostenimiento enla Destroza yContrabóveda.

m [Foto 2].- Excavación del frente de la destroza.

m [Foto 3].- Sostenimiento de uno de losparamentos de la destroza.

m [Foto 4].- Tramo conflictivo ya terminadoy a la espera del revestimiento.