El diseño innovador de revestimientos segmentarios puede eliminar el refuerzo externo en las conexiones - TBM: Tunnel Business Magazine

Por Vojtech Ernst Gall

Los segmentos de tuneladoras modernas han recorrido un largo camino desde su primer uso hace varias décadas. Cada vez más, la industria de túneles está optimizando las formas de los segmentos, introduciendo nuevos métodos de refuerzo y mejorando los componentes de los segmentos para hacerlos más robustos y económicos. Cabe destacar la mejora en el segmento de accesorios. Los accesorios de segmentos modernos, como pasadores de segmento, biconos o juntas modernas, no solo mejoran la construcción de segmentos, sino que también permiten que los sistemas de revestimiento de segmentos se empleen en una variedad más amplia de condiciones geotécnicas y en una gama más amplia de disposiciones estructurales que nunca antes.

Una de esas áreas en las que los accesorios del segmento han mejorado el rendimiento del segmento es en los recortes de segmentos. Inevitablemente se deben cortar revestimientos segmentarios para crear aberturas para las conexiones con estructuras adyacentes. Sin embargo, los cortes en revestimientos segmentarios perturban en gran medida el equilibrio estático del sistema estructural y requieren una redistribución de cargas a los anillos adyacentes alrededor de una abertura cortada. Esto normalmente conduce a altas fuerzas de corte en las uniones de anillos, altas fuerzas de tensión en los segmentos por encima y por debajo del corte y altas fuerzas de empuje en los segmentos adyacentes al corte.

Los segmentos de tuneladoras modernas han recorrido un largo camino desde su primer uso hace varias décadas.

Tradicionalmente, los cortes de segmentos se implementan mediante la introducción de un marco de acero externo desde el interior del túnel para soportar los anillos cortados hasta que se realiza la conexión entre el túnel principal y la estructura de conexión. Este enfoque es costoso e intrusivo, especialmente en túneles de menor diámetro donde la estructura de acero reduce el espacio disponible para la operación principal del túnel. Además, esta situación potencialmente afecta el cronograma de construcción ya que la conexión no se podrá realizar hasta que se complete la construcción del túnel principal.

Para evitar estos inconvenientes, Gall Zeidler Consultants (GZ) está desarrollando enfoques innovadores para cortes de segmentos autoportantes incorporando biconos de alta capacidad más refuerzo de segmento adicional en segmentos especialmente diseñados. Estos biconos y refuerzo adicional trabajan juntos para funcionar como un marco interno que permite que las cargas se transfieran alrededor de un corte de segmento.

Sistemas de centrado y pasadores de corte según ficha de producto Optimas Sofrasar. Tacos de corte de alta capacidad en la parte superior izquierda.

El túnel de desbordamiento de alcantarillado combinado (CSO) de Pawtucket es uno de esos proyectos para el cual GZ ha desarrollado un diseño de segmento especial. El túnel Pawtucket es un túnel TBM revestido segmentariamente actualmente en construcción en Pawtucket, Rhode Island. El túnel de roca de 2,2 millas de largo está siendo construido por la empresa conjunta de construcción CB3A, compuesta por CBNA y Barletta. El revestimiento segmentario tiene un diámetro interior de 30'-2”, tiene 14” de espesor y está reforzado principalmente con fibras de acero.

El túnel principal se conecta con varios accesos minados de 8' de diámetro a lo largo de su alineación, para lo cual se debe cortar el revestimiento segmentario. Por lo tanto, los ingenieros de GZ han desarrollado un diseño de segmento especial para los segmentos inmediatamente alrededor del corte que elimina la necesidad de refuerzos externos. Debido a la combinación de biconos de alta capacidad y una jaula de refuerzo adicional dentro de cada segmento, los segmentos especiales pueden soportar las cargas de tierra y agua existentes y pueden redistribuir estas cargas alrededor de las aberturas temporales. Además, como las dovelas se prefabrican utilizando los mismos moldes que las dovelas regulares, se instalan como dovelas normales y no tienen ningún impacto negativo en la construcción.

GZ utiliza un enfoque similar para el diseño del paso transversal del túnel Silvertown. El túnel Silvertown es un nuevo túnel de carretera con tuneladora de doble perforación de 1,4 km de longitud que cruza bajo el río Támesis en terreno blando. El diámetro exterior del túnel es de 37'-5” y el revestimiento tiene un espesor de 15,75”. Los túneles de la TBM estarán conectados por 7 pasajes transversales de 15'-9”, de los cuales 5 se construirán utilizando congelación del suelo para la estabilización temporal del terreno. Utilizando biconos de alta capacidad además de una jaula de refuerzo interna, GZ ha desarrollado un diseño que elimina la necesidad de refuerzos externos alrededor de los cortes de segmento necesarios para el paso transversal. A diferencia de los segmentos de Pawtucket, los pasajes transversales de Silvertown están construidos exclusivamente en terreno blando. Además, los segmentos especiales para el túnel de Silverton deben soportar cargas de congelación adicionales, lo que demuestra que el enfoque bicónico más refuerzo interno tiene un alto grado de aplicabilidad para cortes de segmentos realizados para diversos fines en una amplia gama de tipos de terreno.

Los diseños anteriores demuestran que, mediante el uso de nuevos componentes de segmento y con cierta ingeniería inteligente, los nuevos diseños de segmento no sólo pueden mejorar la estructura del túnel de la tuneladora en sí, sino que también pueden respaldar los trabajos posteriores detrás de la tuneladora. Por lo tanto, creemos que diseños innovadores como los descritos anteriormente serán cada vez más comunes en los diseños de segmentos futuros a medida que crezca la familiaridad con las nuevas tecnologías del segmento.

Por Vojtech Ernst Gall, ingeniero senior de túneles, Gall Zeidler Consultants

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