Túneles Sumergidos: una alternativa eficaz para cruces de cursos de agua

* Por Tarcísio Celestino y Antonio Cavagliano

Reseña histórica del desarrollo de la técnica de túneles sumergidos y sus principales características técnicas.

Las obras para cruces viales de cursos de agua son más comúnmente realizadas con puentes. Sin embargo, en casos en que sea necesario dejar una altura libre grande para pasaje de embarcaciones,la altura del tablero puede exigir largas rampas de aproximación, con consecuencias negativas para los costos. En el caso de ciudades, las rampas de acceso elevadas son un elemento de intensa degradación urbana. Por este motivo, cada vez más se adoptan alternativas en túnel.

Los túneles excavados, sea por métodos convencionales o mecánicos, requieren una cobertura de macizo rocoso de buena calidad. En Noruega ha sido adoptada la cobertura de roca entre 40 y 60 metros para túneles excavados a profundidades entre 100 y 200 metros con relación al nivel del mar. Grandes coberturas resultan en gran extensión de rampas de aproximación, lo que en muchos casos también constituye una desventaja.
En este contexto, los túneles sumergidos aparecen como una solución muy atractiva. Se ubican un poco debajo del fondo del curso de agua, lo que reduce mucho el largo del cruce y de las rampas de aproximación. La estructura es compuesta por elementos premoldeados que son ensamblados “in situ”.

CARACTERÍSTICAS

La técnica de túneles sumergidos fue desarrollada a fines del Siglo XIX. Un levantamiento parcial de la Asociación Internacional de Túneles catalogó más de 90 túneles construidos entre 1910 y 1994 para los más diferentes fines, con predominancia de túneles viales. Como los elementos son premoldeados, existe gran flexibilidad de forma de la sección transversal para acomodar autopistas, ferrocarriles, galerías para peatones y ciclistas, etc.
En Estados Unidos y Japón la técnica predominante adoptó elementos construidos de acero. En Europa, predominan los de hormigón premoldeado.

Los elementos son construidos en un dique seco. Una vez listo es inundado y los elementos son transportados por flotación, con remolcadores, hasta el lugar de instalación, donde son hundidos y posicionados yuxtapuestos. Antes de la operación de colocación de los elementos en su posición final, se draga una zanja a lo largo del trazado del túnel. La profundidad de la zanja es pequeña, suficiente apenas para acomodar los elementos y un pequeño relleno de protección.

La interferencia con la navegación durante la construcción es muy pequeña. Como los elementos son construidos en un dique seco, las interferencias ocurren solamente durante la operación de hundimiento.

La duración de esta operación y el obstáculo localizado a la navegación dependen de la profundidad del agua, de la velocidad de la corriente y de la altura de las olas. En condiciones normales esto puede llevar de uno a pocos días.

No hay gran exigencia de calidad geotécnica del macizo donde se apoyan los elementos. En estos túneles, el volumen vacío es muy grande y la densidad promedio de la estructura es muy baja, en la mayoría de los casos menor que la del material retirado durante el dragado. Raramente es necesario mejorar el macizo de apoyo.

Las juntas de sellado entre los elementos son de tipo inflable. En el momento de posicionar un elemento, la presión hidrostática actúa sobre la extremidad tapada, opuesta a aquella (sin tapa)colocada en contacto con el elemento previamente instalado, comprimiendo la junta entre los dos elementos. El grado de estanqueidad alcanzado es muy bueno, usualmente mejor que en túneles excavados. La técnica fue desarrollada en Estados Unidos y es aplicada frecuentemente en todo el mundo. Es predominantemente utilizada en Estados Unidos, en el norte de Europa y en Japón. En Latinoamérica hay registro de apenas dos túneles sumergidos,uno construido en Argentina, en 1969, y el otro en Cuba, en 1985. Recientemente fue decidido adoptar un túnel sumergido para la conexión entre Santos y Guarujá, en el estado de San Pablo, Brasil.

APLICACIÓN MUNDIAL

Las estructuras de túneles sumergidos son muy seguras. El túnel sumergido más profundo del mundo es el del proyecto Marmary, en Estambul, a través del Estrecho de Bósforo, conectando Europa a Asia. Tiene 60 m de profundidad y se encuentra en una región de elevada sismicidad, muy cerca de la falla activa de Anatolia.
Hasta 2010, el más profundo era el de la línea BART, para el cruce de la Bahía de San Francisco, en California, con 40 m de profundidad. Este túnel también cruza una falla activa, la de Hayward. Durante el terremoto de Loma Prieta, en 1989, el túnel no sufrió ningún daño mientras el puente ubicado arriba y su rampa de aproximación tuvieron roturas muy severas que resultaron en decenas de muertes.
En Argentina, el túnel sumergido Paraná se sitúa entre las ciudades de Santa Fe y Paraná, a través del río Paraná. Es un túnel vehicular de 10,8 m de ancho, con dos carriles. La extensión total es de 2.367 m, con 36 elementos de 65,5 m cada uno.
Los elementos fueron posicionados a partir de una plataforma jack-up y fueron lastrados con agua en células de 13 m de largo.
Los elementos fueron fabricados en un dique seco de 156 m de largo, 46 m de ancho y 13 m de alto. Cada ciclo de hormigonado duró tres meses. Fueron hormigonados cuatro elementos en cada ciclo.
Para el transporte y el posicionamiento de cada elemento fueron utilizados seis remolcadores de 456 HP. El transporte fue hecho paralelo a la corriente. En el lugar, los elementos fueron posicionados en plataforma jack-up, perpendicularmente a la corriente. Para el lastre, se llenaron dos cámaras con agua, resultando en una flotabilidad negativa de 150 toneladas. Los elementos fueron cubiertos con 4 m de relleno, posteriormente compactado.

CONEXIÓN SANTOS – GUARUJÁ

La conexión entre las ciudades de Santos y Guarujá es un deseo antiguo y dentro de las varias alternativas propuestas, en 1927 por el ingeniero y arquitecto Dr. Enéas Marini de la Sociedad Casa de Arquitectura, Construcciones y Operaciones Territoriales, propuso un cruce en túnel sumergido, con 900 m de largo y 20 m de profundidad, conectando los barrios de Itapema y Bocaina.
Con el pasar de los años, fueron elaboradas y propuestas varias alternativas para conectar las dos ciudades, sean puentes o túneles.
En 2011, la Secretaría Estatal de Logística y Transporte solicitó a la empresa Desenvolvimento Rodoviário S.A (DERSA), -sociedad de economía mixta, cuyo principal accionista es el Gobierno del Estado de San Pablo-, que estudiase el asunto, en el sentido de definir el lugar y el tipo de cruce que mejor atendiera la integración de las dos ciudades, separadas por el estuario de Santos.
Este estuario abarca el Puerto de Santos, el más grande de Brasil, con un movimiento actualmente estimado en 2,6 millones de TEUs y 86 millones de toneladas de carga a granel, con previsión de triplicar este movimiento hasta el 2014.
Actualmente la conexión entre las dos ciudades es a través de un sistema de FerryBoat ubicado en la región denominada Ponta da Praia, extremidad río abajo del estuario, y de un sistema de barcas que conectan las regiones de la Praça da República, en Santos, a São Vicente de Carvalho, en Guarujá.
Estos dos sistemas, operados por DERSA, transportan diariamente cerca de 12.000 peatones, 15.000 bicicletas, 8.000 motos, 22.000 vehículos ligeros y entre 600 y 800 camiones de hasta seis toneladas. Los más grandes utilizan la conexión por autopista, a través de las autopistas Anchieta (SP-150) y CônegoDomenicoRangoni (SP-055), en un trecho de 45 km.
Con el crecimiento de las actividades portuarias y el consecuente aumento en el tráfico de buques, tanto el cruce por balsa, como por lanchas, sufrirán mayores restricciones de operación, más allá del aumento de riesgo de accidentes, quedando clara la necesidad de alternativas de conexión de las dos ciudades.
En los trabajos desarrollados por DERSA se buscó promover mayor integración entre las ciudades de Santos y Guarujá; facilitar la conexión entre los márgenes derecho e izquierdo del puerto; mejorar el transporte de pasajeros, peatones, ciclistas, automóviles, y cargas locales; permitir la integración entre los planes urbanísticos, sistema de transporte urbano y mejoras del sistema vial de los municipios; buscar el menor impacto en el medio ambiente natural; y ser una opción diferente del sistema de balsas.
Inicialmente, se levantaron los estudios y proyectos existentes, se identificaron las principales restricciones de navegación y de operación de la Base Aérea de Santos, se identificaron las edificaciones históricas, los planos viales de las dos ciudades, planes de expansión urbana y de las actividades portuarias. También se hizo la caracterización geológico-geotécnica.
Basándose en estos datos fue posible definir tres conjuntos de alternativas, siendo una en la región de la Ponta da Praia, extremidad río abajo del canal; una intermedia; y otra en la región de las islas de Barnabé/Bagres, ubicadas en la región río arriba del estuario.
Paralelamente, el equipo de planeamiento de la Secretaría realizó un estudio de demanda y de simulación de carga de cada conjunto de alternativas. Relacionándose estos datos con las características y restricciones de cada opción, resultó que la alternativa ubicada en la zona intermedia del canal del Puerto es la que mejor atiene las premisas establecidas para esta conexión. Del punto de vista constructivo, la solución más adecuada en este lugar es la del túnel sumergido.
El futuro túnel tendrá tres cámaras, siendo dos laterales, tres carriles por sentido, permitiendo, inclusive, la futura expansión del sistema de tren ligero de Santos para Guarujá, y una cámara central para el paso de ciclistas y peatones, además de funcionar como ruta de fuga en caso de accidentes en las cámaras laterales.
El trecho en elementos premoldeados tendrá un largo aproximado de 900 m y rampas de acceso con cerca de 600 m de cada lado. También están previstos sistemas de acceso para peatones y ciclistas, en los extremos del trecho premoldeado con sistemas de escaleras mecánicas y ascensores y, en los trechos de rampas de acceso, donde la altura lo permita, podrá ser estudiada la utilización de estos espacios para otras actividades, como estacionamientos subterráneos de vehículos.
Para el desarrollo de los proyectos de este cruce, que incluyen el apoyo al licenciamiento ambiental, la consolidación de la alternativa seleccionada, elementos para licitación de obras e detalle ejecutivo, DERSA, a través de licitación pública, contrató al consorcio consultor formado por tres empresas brasileñas. También está en curso el proceso de licitación para contratar una empresa de consultoría con sólida experiencia en túneles sumergidos, para dar soporte al equipo de DERSA con respecto a las directrices del proyecto, especificaciones de los materiales, métodos de construcción, transporte e hundimiento de los módulos.

CONCLUSIONES

La solución de cruces de cursos de agua con túneles sumergidos ha sido muy utilizada en prácticamente todo el mundo, sin embargo en Latinoamérica su uso es muy limitado. Las ventajas de trayecto más corto, seguridad comprobada y no interferir a largo plazo con la navegación han sido determinantes para su elección. En área urbana, las ventajas son todavía mayores por el hecho de que las rampas de aproximación, además de ser más cortas que las de puentes, no causan impactos negativos de las vías elevadas. La elección de esta solución en la región metropolitana de Santos-Guarujá podrá representar una retomada del tipo de solución para otros cruces en la región.

* Tarcísio Celestino y Antonio Cavagliano pertenecen a Themag Engenharia y Universidad de San Pablo, y a DERSA.