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¿Cómo construir un túnel submarino?

¿Cómo construir un túnel submarino?
Contenido
  1. Puente (bajo) aguas turbulentas
  2. gusanos de barco de tamaño inusual
  3. Déjalo fluir

Puente (bajo) aguas turbulentas

Las partes europea y asiática de Estambul finalmente se unieron después de que se completó el Marmaray en 2013. Una plétora de hallazgos arqueológicos ha retrasado repetidamente el proyecto de construcción masiva.

© Claudia Wiens / Corbis

Al excavar un proyecto de construcción extraordinario, algunas preguntas surgen inmediatamente de la arena: ¿qué propuesta se considera la más grande, la más profunda o la más peligrosa de construir? Con los túneles submarinos, estas preguntas desafían las respuestas simples. Las ciudades y pueblos están constantemente encargando nuevos proyectos. Cuando se trata de estadísticas vitales, el diablo está entre los detalles y el azul profundo del mar.

Por ejemplo, el túnel Seikan que conecta las islas japonesas de Honshu y Hokkaido tiene actualmente el récord del túnel ferroviario submarino más largo y profundo. Japón comenzó a planificar después de que un tifón de 1954 hundiera cinco balsas en el peligroso estrecho de Tsugaru, matando a 1.430 personas. [sources: WGBH].

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Completado en 1988, el Túnel Seikan se extiende por 54 kilómetros (33,5 millas) y alcanza una profundidad de 240 metros (787 pies), pero su porción submarina de 23,3 kilómetros (14,5 millas) está eclipsada por la del Túnel. Del Canal o Chunnel. , entre el Reino Unido y Francia. Completado en 1994, la parte submarina del Chunnel tiene 24 de sus 31 millas en total (38,6 de 50 kilómetros), pero se sumerge solo 246 pies (75 metros) de profundidad. [sources: ASCE; Chan; Wise].

En cuanto a los turcos, ambos túneles están todos mojados en comparación con el túnel de Marmaray de $ 3.3 mil millones, que finalmente se abrió al público en 2013. Sus 8.25 millas (13.2 kilómetros) de pista, incluido un tramo de 4.600 pies (1.400 metros) a través del Bósforo. fondo marino: conecta las mitades asiática y europea de Estambul, convirtiéndolo en el primer túnel ferroviario que conecta dos continentes [sources: Sweeney; Wise].

¿Qué tiene de bueno un túnel submarino de menos de un kilómetro en comparación con el Seikan y los túneles del Canal de la Mancha de varios kilómetros? Esta es una diferencia en el enfoque: mientras que sus predecesores excavaron y perforaron respectivamente pasajes en roca sólida, el túnel de Marmaray se ensambló, pieza por pieza, en una trinchera a lo largo del fondo del Bósforo, que era la más larga y profunda. túnel de inmersión nunca construido. Los ingenieros eligieron esta solución, que utiliza secciones preensambladas conectadas por placas de acero gruesas, flexibles y reforzadas con caucho para manejar mejor la actividad sísmica regional. [sources: JR-Hokkaido; Sweeney; Wise].

Durante un tiempo, los artefactos culturales e históricos encontrados en el casco antiguo de Estambul ralentizaron el progreso en la excavación del túnel de Marmaray, por lo que el túnel de Øresund de 3,6 km que conecta Suecia y Dinamarca siguió siendo el túnel submarino más grande jamás construido. Los contratistas construyeron con 20 piezas que miden 577 pies (176 metros) cada una, cada una ensamblada a partir de ocho secciones de menos de 72 pies (22 metros) [sources: Landler; Marmaray Project; PERI GmbH; Sweeney].

Entre túneles submarinos como Marmaray y Øresund y túneles perforados como Chunnel, prácticamente hemos cubierto el borde, pero profundicemos un poco más y echemos un vistazo a otro método de tunelización utilizado desde principios del siglo XIX.

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gusanos de barco de tamaño inusual

Los escudos pueden ser extremadamente útiles para excavar bajo el agua.

Los escudos pueden ser extremadamente útiles para excavar bajo el agua.

© 2006 Cómo funcionan las cosas

El enfoque más antiguo para construir túneles submarinos sin desviar el agua de arriba se conoce como escudo de túnely los ingenieros todavía lo usan hoy.

Los escudos resuelven un problema común pero espinoso de cómo cavar un túnel largo a través de tierra blanda, especialmente bajo el agua, sin que su borde de ataque colapse. [sources: Assignment Discovery; Encyclopaedia Britannica; Browne; Hewitt].

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Para tener una idea de cómo funciona un escudo, imagine una lata de café descubierta con un fondo puntiagudo y varios agujeros grandes. Ahora, agarrando el extremo abierto, empuje la caja hacia abajo primero en el suelo blando y observe cómo la tierra se arrastra a través de las aberturas. En la escala de un escudo real, varios humanos (apodados “muckers” y “sandhogs”) permanecían dentro de los compartimentos dentro de la “lata” y eliminaban arcilla o arena a medida que avanzaba el escudo. Los gatos hidráulicos movieron gradualmente el escudo hacia adelante mientras los equipos detrás de él instalaban anillos de soporte de metal y los revestían con concreto o mampostería. [sources: Assignment Discovery]; Enciclopedia Británica; Browne].

Para evitar que el agua se filtre en las paredes del túnel, el frente del túnel o el escudo a veces se presuriza con aire comprimido. Los trabajadores, que pueden soportar sólo breves períodos de tiempo en estas condiciones, deben pasar por una o más esclusas de descompresión y tomar precauciones contra el mareo por presión. [sources: Hewitt; Port Authority].

Siempre se utilizan protectores, especialmente al instalar tuberías de servicio o líneas de agua y alcantarillado. Aunque laboriosos, solo cuestan una fracción de lo que sus primos gigantescos, los máquinas de perforación de túneles (TBM) [sources: Assignment Discovery; Encyclopaedia Britannica; WGBH].

Una plataforma de túnel es un motor de destrucción de múltiples etapas que puede roer roca sólida. En su frente se vuelve hacia cabezal de corte, una noria llena de discos que rompen rocas y que incorpora un sistema de paletas para levantar la roca batida y colocarla en una cinta transportadora de salida. Detrás del cabezal de corte gira un erector, una unidad giratoria que construye el revestimiento del túnel en la cinta transportadora de fresado. En algunos proyectos grandes, como Chunnel, las máquinas perforadoras de túneles separadas comienzan en extremos opuestos y perforan hasta un punto central, utilizando métodos de detección sofisticados para mantenerlos en el camino. [sources: Assignment Discovery; Coleman et al.; WGBH].

La perforación a través de roca sólida crea un túnel en gran parte autosuficiente, y las máquinas de perforación de túneles se mueven rápida e implacablemente (algunas máquinas Chunnel pueden excavar 250 pies o 76 metros por día). La desventaja es que las tuneladoras se rompen con más frecuencia que un Jaguar usado y tienen un mal manejo de rocas desgastadas, cortadas o con bisagras pesadas, por lo que no son tan rápidas como dicen. [sources: WGBH; WGBH].

Afortunadamente, las punzonadoras y los escudos no son los únicos juegos de la ciudad.

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Déjalo fluir

Construir un soporte de acero y mampostería mientras se excava en tierra blanda o roca sólida no es una tarea fácil, pero tratar de mantener un mar sumergido es algo que ni siquiera Moisés lo hubiera intentado. Afortunadamente, gracias al ingeniero estadounidense WJ Wilgus y su invento, el vacío- o tubo sumergido túnel (ITT), no tenemos que [source: Lane].

Los ITT no cavan en la roca ni en el suelo; se ensamblan in situ con piezas prefabricadas del tamaño de un campo de fútbol. Wilgus fue pionero en la técnica cuando construyó el túnel ferroviario del río Detroit (1906-10) desde Detroit, Michigan hasta Windsor, Ontario, y desde entonces ha sido la técnica preferida para la construcción de túneles de vehículos. De hecho, solo en el siglo XX se construyeron más de 100 galerías de este tipo. [sources: Lane; Extreme Engineering; Marmaray Project].

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Para fabricar cada segmento del túnel, los trabajadores ensamblan 30,000 toneladas de acero y concreto, suficiente para un edificio de apartamentos de 10 pisos, en un molde masivo y luego dejan que el concreto se endurezca durante casi un mes. Los moldes contienen el suelo, paredes y techo del túnel y están inicialmente protegidos en los extremos para mantenerlos estancos durante el transporte por mar. Pontones de inmersión, grandes barcos que se asemejan a un cruce entre una grúa pórtico y un pontón, que llevan [sources: Lane; Extreme Engineering; Marmaray Project].

Una vez encima de la trinchera marina previamente excavada, cada sección del túnel se inunda lo suficiente como para permitir que se hunda. Una grúa baja lentamente la sección a su lugar mientras los buzos la guían con precisión a sus coordenadas GPS. A medida que cada nueva sección se conecta a su predecesora, una enorme pieza de goma en su extremo se comprime y se expande para establecer un sello. Luego, los equipos retiran los sellos de los mamparos y bombean el agua restante. Una vez que se ha construido todo el túnel, se entierra bajo un terraplén y posiblemente se cubre con un riprap. [sources: Lane; Extreme Engineering; Marmaray Project].

La construcción de tubos sumergidos puede ir más allá de otros enfoques porque la técnica no requiere aire comprimido para mantener el agua a distancia. Por lo tanto, las tripulaciones pueden trabajar allí durante más tiempo y en condiciones más tolerables. Además, un ITT puede tomar cualquier forma, a diferencia de un túnel perforado, que sigue la forma de su armadura o máquina perforadora. Sin embargo, como los ITT son solo la parte del lecho del mar o del río de un sistema de túneles, requieren otros métodos de construcción de túneles para perforar sus entradas y salidas tierra adentro. [sources: Lane; Marmaray Project; WGBH]. En los túneles submarinos, como en la vida, se necesitan todos los tipos.

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Un trabajador se detuvo por un segundo dentro del Túnel del Canal de la Mancha en abril de 1992. Terminado en 1994, el túnel se extiende por más de 30 millas.

Un trabajador se detuvo por un segundo dentro del Túnel del Canal de la Mancha en abril de 1992. Terminado en 1994, el túnel se extiende por más de 30 millas.

© Thierry Prat / Sygma / Corbis

Al contrario de lo que los supervillanos o los topos te hacen creer, se necesita más que una máquina gigante para cavar millones de toneladas de tierra y agua, pero tener una no duele.

Sin embargo, durante la mayor parte de nuestra historia de construcción de túneles, nos las hemos arreglado para conformarnos con el ingenio. Los seres humanos han estado cavando túneles desde que los primeros habitantes de las cuevas decidieron cavar una habitación de invitados, y los elementos esenciales para cavar, apoyar y avanzar estaban bien desarrollados cuando los antiguos griegos usaban túneles para irrigar y drenar sus tierras de cultivo. [sources: Lane; Browne].

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Los túneles submarinos también son sorprendentemente antiguos. Entre 2180 y 2160 a. C., los babilonios construyeron uno de los primeros ejemplos conocidos, sin pasar por el Éufrates. El túnel sostenido por un arco de ladrillo de 900 metros, de 12 metros de alto por 15 metros de ancho (4 metros por 5 metros), proporcionaba un paso para peatones y carruajes entre el palacio real y el templo. [sources: Lane; Browne].

Durante siglos, los túneles fueron utilizados principalmente por mineros y zapadores medievales, que cavaron debajo de los muros del castillo para derribarlos (de ahí el término “mío”), pero la llegada del transporte por canales, y más tarde, los ferrocarriles, les dio a los trabajadores algo nuevo al tocar sus palas. Los siglos XVIII, XIX y XX vieron una sucesión de diseños de túneles cada vez más difíciles, que fueron posibles gracias a importantes mejoras en las técnicas de detección y ventilación. A pesar de esto, el peligro y los gastos retrasaron los intentos de excavar submarinos hasta mediados del siglo XIX. [source: Lane].

Lo que plantea la pregunta: si cavar túneles submarinos puede cavar tu propia tumba, literal o económicamente, ¿por qué molestarse? Muchos diseñadores coinciden en que solo recurren a los túneles cuando los puentes congestionados alcanzan su capacidad de bloqueo. Sin embargo, los puentes también son problemáticos. Interfieren con el tráfico de barcos, ocupan valiosas propiedades frente al mar y bloquean las vistas panorámicas. Desde el punto de vista de la defensa, los puentes son blancos fáciles de ataques aéreos y pueden representar un peligro si colapsan. [source: Hewett].

Los túneles, por otro lado, son más resistentes a las mareas, corrientes y tormentas que los puentes, pueden abarcar distancias mayores y tienen una capacidad de carga prácticamente ilimitada. Además, el costo por longitud de un túnel disminuye a medida que se alarga, mientras que para los puentes ocurre lo contrario. Aunque los túneles requieren una mayor inversión inicial, los puentes marcan la diferencia en los costos de mantenimiento. [sources: Everglades Economics; Hewett].

Pero no tenemos visión de túnel. No hay duda de que los pasajes subterráneos y marítimos enfrentan vulnerabilidades y problemas de seguridad específicos. Los incendios y los accidentes son amenazas graves en los túneles, por lo que los túneles ferroviarios incluyen cruces donde los trenes pueden cambiar de carril, así como túneles de servicio que pueden servir como rutas de escape de emergencia. [sources: Chan; JR-Hokkaido; WGBH].

Suenan aterradores, pero los túneles submarinos son tan comunes que rara vez pensamos en los grandes peligros y las técnicas de construcción extremas que requieren estas maravillas modernas.

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