*Por el Ing. Gerardo Pittaro.
Introducción
Singapur, una ciudad-estado insular con una superficie limitada de aproximadamente 719 km² y una densidad poblacional que supera las 8,000 personas por kilómetro cuadrado ocupando el tercer puesto de países más densamente poblados. Este país ha enfrentado desafíos significativos en términos de espacio y para abordar estas limitaciones y sostener su rápido desarrollo económico, ha adoptado una estrategia innovadora de expansión de su infraestructura hacia el subsuelo. Esta iniciativa no solo optimiza el uso del espacio disponible, sino que también integra soluciones sostenibles en áreas como transporte, almacenamiento y servicios públicos.
Desarrollo del Transporte Subterráneo
Uno de los pilares fundamentales de la infraestructura subterránea de Singapur es su sistema de transporte masivo, conocido como Mass Rapid Transit (MRT). Desde su inauguración en 1987, el MRT ha experimentado una expansión constante para satisfacer las necesidades de movilidad de la población. Actualmente, la red cuenta con seis líneas operativas que abarcan aproximadamente 246 kilómetros de vías y sirven a más de 140 estaciones (www.lta.gov.sg).
Los túneles del MRT tienen un diámetro interno que usualmente es de 5.80 metros y generalmente se usan de bi-tubos en la construcción de túneles, evitando diámetros elevados de excavación. La profundidad del sistema varía dependiendo del terreno y la necesidad de evitar interferencias con otras infraestructuras subterráneas con a una profundidad máxima de 43 metros bajo tierra en la estación de Bencoolen (Downtown Line). La construcción de esta estación se realizó por debajo de desarrollos comerciales subterráneos y en proximidad de líneas de MRT existentes, por lo que la estación debió ser realizada a mayor profundidad para evitar dichas infraestructuras. Mas aún, la existencia de desarrollos a ambos lados de la estación resultó en un ancho limitado de solo 22 metros y 140 metros de longitud.
El sistema de MRT (Mass Rapid Transit) en Singapur es un ejemplo de sostenibilidad en el transporte urbano. Con un enfoque en la eficiencia energética y la reducción de la huella de carbono, el MRT utiliza trenes eléctricos, lo que contribuye a disminuir la contaminación del aire y la dependencia de los combustibles fósiles. Además, el sistema ha sido diseñado para ser eficiente, con horarios y frecuencias que fomentan el uso del transporte público, reduciendo la congestión del tráfico y la emisión de gases contaminantes.
Geología de Singapur
El subsuelo de Singapur presenta una combinación de formaciones geológicas que han representado desafíos significativos para la construcción del MRT. Las principales incluyen:
-Formación Jurong: compuesta por rocas sedimentarias como areniscas y lutitas, localizada principalmente en el oeste de la isla.
-Granito de Bukit Timah: una formación geológica compuesta por rocas ígneas. En los estratos superiores se pueden encontrar suelos residuales y en los estratos profundos rocas duras a extremadamente duras.
-Formación Kallang: depósitos aluviales y marinos recientes, caracterizados por arcillas y limos blandos, comunes en zonas costeras y deltas fluviales. Debido a la presencia de arenas y de arcillas blandas, esta formación presenta grandes desafíos para construcciones subterráneas.
-Formación Old Alluvium: compuesta por arenas y gravas cementadas, predominante en el este de la isla.
Dichas formaciones geológicas están presentes en la isla de Singapur, resultando su subsuelo muy variable, pasando de formaciones rocosas de alta resistencia a formaciones de suelos muy blandos en pocos kilómetros. La Figura 1 muestra un mapa de Singapur junto con las formaciones geológicas existentes.
Gestión de Aguas residuales
El Deep Tunnel Sewerage System (DTSS) de Singapur es una solución innovadora y sostenible para la gestión de aguas residuales, diseñada para satisfacer las necesidades a largo plazo de recolección, tratamiento, reutilización y descarga de aguas usadas en la ciudad-estado. Este sistema actúa como una «superautopista» subterránea que transporta las aguas residuales por gravedad hacia plantas centralizadas de recuperación de agua.
El DTSS se ha desarrollado en dos fases principales:
Fase 1: Completada en 2008, esta fase incluyó la construcción de un túnel profundo de 48 kilómetros, junto con 60 kilómetros de alcantarillas de enlace y la planta de recuperación de agua de Changi (CWRP). La CWRP, ubicada en 32 hectáreas de terreno ganado al mar, fue diseñada para tratar 800,000 metros cúbicos de aguas residuales por día, con una capacidad de expansión hasta 2,400,000 metros cúbicos diarios.
Fase 2: Iniciada en 2017 y programada para completarse en 2025, esta fase implica la construcción de un sistema de túneles de 40 kilómetros que cubrirá la parte occidental de Singapur, incluyendo áreas como el centro de la ciudad y desarrollos futuros.
El sistema de túneles profundos del DTSS se encuentra a aproximadamente 50 metros bajo la superficie y presenta diámetros internos de 3 a 6 metros. Estos túneles transportan las aguas residuales por gravedad hacia las plantas de recuperación de agua, donde se tratan y purifican para producir NEWater, una forma de agua reciclada de alta calidad. El exceso de efluente tratado se descarga al mar de manera ambientalmente responsable.
El DTSS permite un reciclaje de agua a gran escala, lo que permite a PUB reducir a la mitad la huella de tierra del sistema de aguas residuales en Singapur, liberando hasta 150 hectáreas de terreno. Además, el transporte de aguas residuales mediante gravedad, en lugar de estaciones de bombeo que consumen mucha energía, mejora la robustez y fiabilidad del sistema de recolección de aguas residuales. (www.pub.gov.sg).
Uso de túneles para cables de alto voltaje
El Proyecto de Túneles de Transmisión Subterránea de Singapur (“Singapore cable tunnels”) es una iniciativa de infraestructura crítica diseñada para asegurar el suministro eléctrico confiable y eficiente a largo plazo en la ciudad-estado.
La construcción de los túneles de transmisión subterránea comenzó en 2012 y se completó en 2018. El proyecto fue desarrollado por SP Group, la principal empresa de servicios públicos de Singapur. Los túneles fueron diseñados para satisfacer las necesidades energéticas futuras y mejorar la resiliencia de la red eléctrica del país. El sistema consta de dos túneles principales, Norte-Sur y Este-Oeste con un total de 35 km de túneles.
Los túneles tienen un diámetro interno de 6 metros y están situados a profundidades de entre 60 y 80 metros bajo tierra, lo que los convierte en algunos de los túneles más profundos jamás construidos en Singapur. El sistema está diseñado para albergar hasta 1,200 kilómetros de cables de extra alta tensión (230 kV y 400 kV). Dicha solución de infraestructura sostenible permite un mantenimiento y reemplazo eficiente de cables de energía bajo tierra, minimizando la interrupción en la superficie de la ciudad al reducir la necesidad de excavaciones frecuentes en las calles. De esta manera, contribuyen a un entorno urbano más ecológico mientras garantizan un suministro de energía confiable para satisfacer la creciente demanda.
Almacenamiento subterráneo de petróleo
La reducida superficie de Singapur, junto a la necesidad estratégica para el almacenamiento de commodities ha llevado a la ciudad a desarrollar soluciones subterráneas innovadoras para solucionar este problema. Las cavernas de Jurong Rock, por ejemplo, son instalaciones subterráneas utilizadas para el almacenamiento de petróleo. Este enfoque no solo libera valioso espacio en la superficie, sino que también ofrece ventajas en términos de seguridad y eficiencia logística. Ubicada a una profundidad de 150 metros bajo tierra y 130 metros debajo de la Cuenca Banyan en la Isla Jurong, puede almacenar hasta 1.47 millones de m3 de hidrocarburos líquidos, como el petróleo crudo y el condensado. Mediante estas cavernas se permite un ahorro de aproximadamente 60 hectáreas de tierra en la superficie.
La Figura 2, obtenida de PUB muestra esquemáticamente los diferentes niveles de infraestructuras subterráneas en Singapur. En dicha figura se excluyen las cavernas de Jurong debido a la profundidad de dicha infraestructura.
Mi experiencia
C937
El Proyecto C937 se refiere a la construcción de la Estación Fort Canning y los túneles asociados en Singapur, como parte de la Fase 3 de la Línea Downtown (DTL 3) del sistema de metro de la ciudad. Dicho proyecto estuvo en construcción del año 2012 hasta el 2016. La apertura de la estación del MRTFort Canningfueen el año 2017.
Desafíos en la construcción:
La ejecución del contrato C937 presentó diversos desafíos significativos, como la construcción de túneles bajo el río Singapur en una zona céntrica y estratégica, situada en pleno corazón de la ciudad, una área de alto valor turístico. En el subsuelo del Río Singapur se podían encontrar materiales de obstrucción de construcciones pasadas como así también desechos del uso inapropiado y de desechos en el pasado. Para poder realizar la excavación por debajo del lecho del río, se necesitó tratar el subsuelo para poder excavar usando una tuneladora mecanizada (TBM). Para realizar dicho tratamiento se requirió desviar el curso del río y poder construir los túneles sin afectar el entorno ni las operaciones de los barcos turísticos.
Estuve involucrado en el diseño y seguimiento a la construcción de un terraplén temporal que permitían la construcción muros de contención perimetrales permanentes del Río Singapur. Este terraplén consiste en la instalación de geobolsas a lo largo del río Singapur y a lo largo de la alineación del muro permanente. El desafío fue que el terraplén iba a ser instalado sobre el lecho del río, el cual contemplaba arcillas muy blandas de la formación Kallang. Para monitorear la construcción se dispusieron de inclinómetros instalados entre las geobolsas y se optó por usar el método observacional para realizar un seguimiento de la construcción de este proyecto. Se optó por dicho método debido a la dificultad de predecir el comportamiento durante la fase de diseño del terraplén ante las fuerzas desequilibradas que actuaban durante la ejecución de desagües y excavaciones. Para dicho método se propuso inicialmente valores de guía de movimiento de los terraplenes, los cuales fueron actualizados a medida que la ejecución y excavación en los terraplenes que producían movimiento de las geobolsas. Por otro lado, dicho terraplén se encontraba por encima de una autopista subterránea (CTE) por lo que se dispuso de un sistema de monitoreo de dicha estructura para confirmar la estabilidad e integridad de dicho túnel. En la Figura 3 se puede observar el terraplén con los datos de monitoreo cuando se realizó la excavación para la construcción del muro permanente de contención.
El proyecto C937 recibió un importante reconocimiento en el mundo de la ingeniería. En 2016, el proyecto ganó el Premio del proyecto de túneles del año (en la categoría entre 50 y 450 millones de euros de capex) otorgado por la International Tunnelling and Underground Space Association (ITA).
Thomson East Coast Line
La Thomson-East Coast Line (TEL) es uno de los proyectos de infraestructura de transporte más destacados de Singapur, desarrollado por la Land Transport Authority (LTA). Se trata de una línea de tren metropolitano (MRT) que conecta el norte de la isla con la costa este, mejorando significativamente la movilidad urbana y la conectividad en la ciudad-estado. La longitud total es de 40.6 kilómetros y actualmente se encuentra parcialmente en servicio y los últimos tramos y estaciones se abrirán en los próximos XX anos.
El área del proyecto se encuentra parcialmente dentro de un área de tierra ganada al mar que comenzó en el 1966. El trazado del contrato en el cual estuve involucrado de la TEL (desde Tanjong Rhu hasta TE26), se encuentran dentro de un área con secuencias de sedimentos recientes, marinos a fluviales, normalmente consolidados y de gran variabilidad, conocidos colectivamente como la Formación Kallang. La unidad más importante de la Formación Kallang es la arcilla Marina (o Marine Clay), que es una arcilla normalmente consolidada con un contenido de arcilla alto, alrededor del 60 al 70% y con resistencias al corte no drenadas del orden entre 20-40 kPa. La Thomson East Coast line atraviesa con sus túneles y estaciones la formación Kallang, poniendo un riesgo grande en términos de colapsos, asentamientos y daños potenciales a las estructuras existentes.
Dentro de las medidas de mitigación, para arcillas blandas se usó el mejoramiento del terreno con suelo mejorado con cemento (Deep Cement Mixing) para túneles y estaciones, como así también el uso de Cross Walls en estaciones como muestra la Figura 4. Ambas medidas demostraron ser altamente eficientes en la reducción de riesgos en excavaciones profundas y túneles. En un contrato se llegaron a inyectar aproximadamente 800.000 metros cúbicos de suelo mejorado con cemento mediante Deep Soil Mixing y Jet Grouting Piles. En dicho contrato, por ende, se contó con una base de datos de muestras de este suelo mejorado que se usaron posteriormente para una investigación conjunta con la Universidad Nacional de Singapur. Dicha investigación, luego derivó en la publicación de una metodología de diseño en el nuevo MOGE “Design principles for ground improvement” del Institution of Civil Engineers (UK).
El impacto y la complejidad del proyecto han sido reconocidos a nivel internacional. En 2024, la TEL recibió el prestigioso premio de la International Tunnelling and Underground Space Association (ITA) en la categoría de Proyecto del Año (+€500M), destacándose por su excelencia en ingeniería, sostenibilidad y contribución a la infraestructura subterránea.
North South Corridor
El North-South Corridor (NSC) es el primer corredor integrado de Singapur que combina vías exprés para vehículos, carriles exclusivos para autobuses y una red continua para ciclistas y peatones. Desarrollado por la Land Transport Authority (LTA), este ambicioso proyecto tiene como objetivo mejorar la conectividad entre el norte de la isla y el centro de la ciudad, reduciendo los tiempos de viaje y promoviendo un sistema de transporte más sostenible.
Con una longitud aproximada de 21.5 kilómetros, el NSC está diseñado como una autopista subterránea con múltiples túneles y viaductos que aliviarán la congestión en las carreteras existentes, como la Central Expressway (CTE) y la Seletar Expressway (SLE). Además, se espera que facilite una movilidad más eficiente para el creciente número de usuarios del transporte público y los medios de transporte activo.
NS107: Secciones Clave del Corredor
Dentro del desarrollo del NSC, el contrato NS107 representan uno de los tramos más complejos y estratégicos del proyecto que requiere la aplicación de innovaciones en ingeniería geotécnica y métodos constructivos adaptados a las condiciones del subsuelo de Singapur.
La particularidad de este proyecto es la existencia de túneles existentes en servicio de otras líneas de MRT que se encuentran por debajo a una distancia de hasta 3 metros entre la clave del túnel en servicio y el fondo de las excavaciones del túnel de NS107. Dicha situación requirió el uso de suelo mejorado debajo del nivel de excavación para evitar movimientos verticales y horizontales excesivos. Por otro lado se requirió un sistema de alivio de presiones hidrostáticas mediante pozos de alivio pasivos para evitar fallo por “blow put” de la losa de suelo mejorado. Se propuso además un sistema de medición de presiones de agua mediante piezómetros, para comprobar las presiones activas por debajo de la losa.
Finalmente, en una zona de este proyecto se da la particularidad que la excavación ocurría en un área donde existían un puente y un viaducto perpendicular al túnel y por debajo del túnel existían 4 infraestructuras soterradas, entre las cuales se encontraban dos líneas de MRT y un túnel de transporte de aguas residuales (DTSS) y un de cable de alta tensión (cable tunnel). Dicha sección del túnel se realizo el uso de suelo mejorado como así también excavaciones compartimentalizadas junto con un sistema de gatos hidráulicos entre las losas y fundaciones para contrarrestar desplazamientos verticales. Para este proyecto se emplearon el uso de modelos numéricos tridimensionales para comprobar el comportamiento de la infraestructura subterránea durante la construcción. También se utilizaron modelos geológicos para representar los diferentes subestratos y la interfaz entre el suelo rocoso y residual, el cual representaba una zona relevante a identificar por las posibles presiones hidrostáticas. Las Figuras 5 y 6 muestran la ubicación del túnel del NS107 junto con las edificaciones y las infraestructuras soterradas, con una ampliación de la zona antes mencionada (zona 1).
