La historia de los túneles artificiales se extiende casi tan atrás como la de la civilización humana. La razón de esto es clara. Casi cualquier concentración de personas requerirá la existencia de túneles. Sin túneles, un sistema eficaz de alcantarillado o riego es radicalmente más difícil de lograr. Por ejemplo, hoy en día existen en Irán los Qanats de Goanabad, un sistema de gestión del agua que involucra túneles rudimentarios construidos aproximadamente entre 700 a. C. y 500 a. C. Sorprendentemente, estos túneles todavía funcionan como una fuente de agua para unas 40.000 personas.
Los túneles son parte integral de las operaciones de y entre ciudades. Los túneles modernos que funcionan para la gestión del agua, el riego, la distribución de aguas residuales, la entrega comercial de mercancías o el transporte de personas son muy parecidos a calles, carreteras, ferrocarriles de superficie y carriles marítimos: arterias propicias para la actividad humana vital y florecimiento humano.
Un Estudio de Caso Reciente Sobre los Beneficios de los Túneles
Además de la practicidad industrial, los túneles pueden ofrecer innumerables beneficios sociales. Un nuevo movimiento para recuperar un espacio urbano socialmente valioso para los peatones ha trasladado varias autopistas de superficie que dividen ciudades bajo tierra en autopistas de túneles. Tengo una familia que vive en Madrid, en un barrio que una vez apoyado una carretera ruidosa y de contaminación. Sin embargo, en 2011, la ciudad de Madrid terminó de mover la carretera M-30 bajo tierra y convertir el espacio anterior en un maravilloso parque frente al río. Con demasiada frecuencia, los vecindarios de la ciudad se dividen por autopistas con un lado más próspero y el otro se cierra de los estándares de viabilidad que implica la riqueza. El túnel puede ayudar a remediar esta injusticia.
Si bien el proyecto Madrid Río fue controvertido en sus inicios, actualmente es extraordinariamente popular entre los residentes del barrio, incluyendo mi familia. En este caso, la tunelización le brindó a Madrid la capacidad de crear un espacio para que los niños jueguen, para los padres socializar, todas las personas a congregarse, los negocios para prosperar, los corredores para correr, y dos barrios una vez económicamente separados divididos por clase para reconectar a través del disfrute del aire fresco. Además, el parque hizo que los valores de la propiedad aumentaran, creando así riqueza para todos los propietarios residentes. En 2016, el Parque del Río de Madrid ganó el Premio Veronica Rudge Green en Diseño Urbano de la Escuela de Graduados de Diseño de la Universidad de Harvard. Acuerdo de Harvard, el proyecto de tunelización y parque ilustró «los potenciales transformadores de la arquitectura, el paisaje, el diseño urbano y la planificación».
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Criterios Críticos del Túnel
Un buen túnel se define por una serie de aspectos cruciales. Estos incluyen ser impermeables al agua y otros elementos externos, así como ser generalmente seguros y tener puntos de salida. Antes de que se construya un túnel, debe haber una etapa adecuada de investigación y diseño geotécnico para determinar cómo un túnel se mantendrá con las condiciones geológicas en su lugar. Además, debe garantizarse que un túnel esté protegido contra eventos geológicos como un terremoto o un temblor. Un túnel adecuado debe tener una larga vida útil y requisitos mínimos de mantenimiento. Por último, un túnel debe tener un impacto mínimo en el medio ambiente durante la construcción y operación.
Métodos de Tunelización
Si bien hay muchas maneras en que los ingenieros civiles pueden crear un túnel, hay dos métodos básicos para los túneles no submarinos: cortar y cubrir y mandrinar. Ambos métodos son sencillos. Cortar y cubrir generalmente se aplica a túneles poco profundos. Los trabajadores y las máquinas excavan una zanja y un techo sobre ella de acuerdo con la carga que esperan que cargue en el futuro. Los túneles de corte y cubierta se pueden construir en un método de arriba hacia abajo o de abajo hacia arriba dependiendo de si es mejor excavar primero o construir los muros de soporte y las vigas de tapado desde el nivel del suelo primero. La mayoría de las líneas de metro más antiguas se construyeron utilizando cortar y cubrir. La tunelización de corte y cubierta es menos costosa que la mandrinar, pero mucho más disruptiva a nivel de superficie.
Actualmente, la forma más común de construir túneles es una máquina de perforación de túneles (TBM). Un TBM es una máquina cilíndrica con una sección transversal diseñada para cortar a través de muchos tipos de tierra y roca. Los TBM pueden variar en tamaño de 1 metro de diámetro a casi 18 metros de diámetro; el TBM más grande del mundo es Big Bertha con 17.6 metros de diámetro (que recientemente completó la tunelización debajode Seattle).
Los TBM tienen una larga historia, comenzando como un invento del siglo XIX. El primer TBM fue diseñado en la década de 1840 con el propósito de cavar un túnel ferroviario en los Alpes italianos. El primer TBM en los Estados Unidos jugó un pequeño papel en la construcción del túnel Hoosac en la década de 1850 en el oeste de Massachusetts. En la mayoría de los casos en el siglo XIX, los diseños de TBM ofrecían grandes promesas, pero pocas ventajas prácticas. Estos TBM se rompieron fácilmente y rara vez eran capaces de cavar distancias significativas. Sin embargo, el proceso de mandrinado fue refinado y comenzó a pagar dividendos de eficiencia en el siglo XX. El proceso sigue mejorando, y las innovaciones se han puesto en marcha en la última década. Por ejemplo, los TBM utilizados para el mencionado proyecto Madrid Río (fabricado por Herrenknecht AG) fueron los más grandes del mundo con un diámetro máximo de excavación de 15.2 metros. Construido unos años más tarde, Big Bertha es un 15% más grande que esos TBMs. Los TBM modernos hacen más que simplemente cavar el túnel; son fábricas de construcción de túneles independientes. A medida que cavan, encajan en paneles de hormigón prefabricado en su lugar para construir los muros del túnel. Los TBM de hoy en día construyen túneles a un ritmo mucho más rápido que años anteriores Además, estos TBM pueden limitar las vibraciones para dejar a las comunidades debajo de donde está llevando a cabo la tunelización completamente no afectada y sin perturbar.
Vea: Detalles del proyecto de tunelización London CrossRail, que incluye un apretón a través de una plataforma de metro activa:
Proyectos Actuales de Túneles Notables Alrededor del Mundo
En Washington, DC los residentes del área podrían estar familiarizados con el Proyecto de Ríos Limpios en DC. Es un proyecto de infraestructura en curso destinado a reducir los desbordamientos combinados de alcantarillado «en las vías fluviales del Distrito: los ríos Anacostia y Potomac y Rock Creek.» El programa está «diseñado para capturar y limpiar las aguas residuales durante las lluvias antes de que llegue a nuestros ríos». Cuando el proyecto se completa en pocos años, el río Anacostia puede incluso ser nadable (trayendo alivio muy necesario a los residentes de DC durante los meses calurosos y húmedos del verano, como lo hizo una vez el Tidal Basin hace un siglo.)
Para que este proyecto se materializara, se requiere una gran cantidad de tunelización. En lugar de tener agua de alcantarillado directamente descargada en los ríos de DC, los nuevos túneles llevarán los desbordamientos combinados de alcantarillado a la ya existente planta de tratamiento de aguas residuales Blue Plains en el suroeste de DC. De hecho, TBM Nannie (llamada así por la educadora del Distrito Nannie Helen Burroughs) completó una primera fase de la tunelización en noviembre de 2016. En un año de trabajo con un promedio de 39 pies por día, Nannie ayudó a cavar el túnel del río Anacostia que abarca desde el estadio RFK hasta el punto de álam, donde se conecta con el túnel de las llanuras azules. Nannie extrajo predominantemente a través de arcilla rígida y debajo de estructuras sensibles con mínima interrupción para los residentes de la zona y las empresas. El nuevo túnel del río Anacostia tiene 80 a 120 pies de profundidad, 12,500 pies de largo y 23 pies de diámetro. Desde su apertura, el túnel del río Anacostia ya ha superado las proyecciones manteniendo tres billones de galones de desbordamientos combinados de aguas residuales, así como 150 toneladas de basura, fuera del río Anacostia.
Como parte del proyecto más amplio de Ríos Limpios en DC, TBM Chris se lanzó en junio de 2018. Este TBM excavará la siguiente fase de construcción: Túnel Límite Noreste (NEBT) de cinco millas de largo. Acuerdo de DCWater, el NEBT «conectará con el sistema de alcantarillado existente, mitigando significativamente las inundaciones de alcantarillado mientras mejora la calidad del agua del río Anacostia. El NEBT es el componente más grande del Proyecto De Ríos Limpios y comenzará justo al sur del Estadio RFK y se extenderá hacia el norte hasta Rhode Island Avenue y al oeste hasta R Street NW.»
Otros dos proyectos de tunelización notables y ambiciosos en todo el mundo son Crossrail en Londres y la Línea 9 del Metro de Barcelona. Crossrail es un ferrocarril de 73 millas en construcción en Londres y los condados adyacentes. Incluye la 12a línea «Tube» de Londres, la Línea Elizabeth. Se espera que la Línea Isabel, que lleva el nombre de la reina Isabel II, abra completamente en 2019. Elizabeth dará servicio a 41 estaciones en un tramo Este-Oeste que une Essex y Berkshire pasando por Londres. Para completar la línea Elizabeth, la compañía asumió este proyecto de infraestructura, Crossrail Ltd., utilizó ocho TBM con túneles de dos orificios a 130 pies bajo tierra. Además, Crossrail Ltd. extrajo con éxito bajo estructuras sensibles, túneles existentes, alcantarillas y incluso sitios arqueológicos. Una hazaña notable durante este proyecto, Crossrail enhebra «el ojo de la aguja». Crossrail exprimió un TBM a través de la concurrida estación existente Tottenham Court Road, pasando a sólo pulgadas por encima de los concurridos y completamente operativos and y pulgadas debajo de las escaleras estaciones. La finalización de la línea Elizabeth y su tramo subterráneo de 13 millas debajo de Londres es una maravilla de la ingeniería
Cuando esté terminada, la Línea 9 del Metro de Barcelona será la operación de tren automático más larga de Europa con 30 millas de largo, 27.3 millas de las cuales será subterránea. A más de 200 pies bajo tierra, la Línea 9 será la línea más profunda de la red de metro de Barcelona. La Línea 9, que se une con éxito bajo instalaciones sensibles de la Universidad de Barcelona, parques, hospitales, edificios históricos y zonas residenciales, también ahorrará costes y tiempos de espera de los ciclistas a través de una innovadora configuración de túneles. Con túneles de 39 pies de diámetro, la Línea 9 consistirá en un único túnel con una novedosa solución de dos niveles. Proyecto Montreal en Canadá ha propuesto túneles similares para su planeada Línea Rosa para la ciudad.
Túneles Maglev de Baltimore-Washington
El despliegue de la tecnología de tren maglev superconductor japonesa ultrarrápida a lo largo del Corredor Noreste hará posible un viaje inicial de 15 minutos desde Baltimore a Washington, DC en la próxima década, todo mientras crea decenas de miles de infraestructuras Trabajos.
El desarrollador del proyecto (BWRR) hace insistencia en la importancia de identificar y utilizar la tierra de una manera que minimice cualquier impacto negativo para los terratenientes durante la construcción y la operación. El viaje de 311 MPH requiere una alineación relativamente recta para proporcionar un viaje cómodo y seguro. Por lo tanto, a efectos operativos, aproximadamente el 75 por ciento de la ruta estará en túneles profundos subterráneos.
Siete o ocho TBM con un diámetro de 50 pies perforarán 30 millas de túnel, 80 a 150 pies bajo tierra. La mayor parte de la ruta restante será en viaducto. Los impactos superficiales, ya sea por debajo del suelo o por encima del suelo, se diseñarán para minimizarse. Cuando se trata de transporte público, los túneles son seguros y mitigan los impactos superficiales, y proporcionan un medio para desplegar una velocidad sin igual. Así que, con la velocidad, la seguridad y los túneles de ingeniería inteligente, la tecnología de tren maglev superconductor ofrece la posibilidad de los viajes más emocionantes jamás ideados a lo largo del Corredor Noreste.