planificación de túneles modernos

INTERNATIONAL SEMINARLONG TUNNELS

17, 18 y 19 de Octubre 2012Santiago, Chile

Planificación de Túneles Modernos para las Carreterasdel Futuro

Jørgen Holst COWI A/S

Copenhague - Dinamarca

Desafío para el Diseño, Construcción y Operación

Challenges for Design, Construction and Operation

PIARC CHILE 1

Introducción

Objetivos para la presentación:

Para introducir las ideas y los principios detrás de laplanificación de túneles de carretera moderna delfuturo:

1. Introducción de un método sistemático paraplanificación y diseño de túneles viales que cubre ytomar en cuenta todos los desafíos (ver el Artículo)

2. Tendencias y desarrollo que vemos en laplanificación y diseño de nuevos túneles los últimosdiez – quince años

3. Información y ejemplos sobre nuevos proyectos degran longitud en planificación, diseño oconstrucción hoy

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Introducción de un método sistemáticoPlanificación de túneles de carretera moderna es unacombinación de:• Aspectos de Seguridad• Desafíos Técnicos• Asuntos Estéticos y del Medio Ambiente• Actividades de Operación y Mantenimiento• Asuntos Económicos

Interacción compleja entra diferentes personas con diferentesfondos:• Dueños / Clientes (Privados, Públicos, Concesionarias)• Autoridades y Políticos• Entidades de Emergencia (bomberos, policía, vigilancia, equipos de rescate,

hospitales etc.)• Planificadores de Túnel• Personal de Operación y Mantenimiento con experiencia de túneles existentes• Consultores, especialistas en diseño, es decir estructural e instalaciones (M & E)• Constructores y proveedores con experiencia de los túneles existentes

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Introducción de un método sistemáticoInfluencia de Costos: Fase de Planificación, PIARC

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Introducción de un método sistemáticoConcepto de Seguridad

Concepto de Seguridad usada normalmente: Filosofía* Establecer reglas básicas para garantizar un nivel de seguridad alto

y uniforme para usuarios de la carretera durante la conducción entúneles a nivel nacional

* Establecer por lo menos el mismo nivel de seguridad en los túnelescomo en caminos abiertos

Por lo menos 25% de los usuarios tienen miedo en túneles6

Introducción de un método sistemáticoConcepto de Seguridad usada normalmente: Objetivos• Planificar, construir, operar y supervisar el túnel para evitar accidentes• En caso de accidentes, catástrofe o desastre los siguientes valen:

1. Asegurar la necesaria evacuación de personas en el túnel2. Asegurar el acceso necesario para bomberos y equipos de rescate3. Limitar al mínimo el numero de muertes y lesiones4. Limitar a un mínimo los daños en estructuras e instalaciones para mantener la transitabilidad

del tránsito por la carretera tan rápido como sea posible después de un incidente5. Durante el seccionamiento de instalaciones y sistemas de monitorea, asegurar que una

catástrofe sólo tiene consecuencias parciales sobre sistemas de iluminación, ventilación,teléfonos de emergencia etc.

Concepto de Seguridad puede ser definido y aprobado por el sistema político

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El Concepto de Seguridad debe definirtodos los aspectos sobre cómo evitargraves incendios / fuegos en el túnel yotros accidentes

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Introducción de un método sistemáticoIncendios grandes de Túnel – Ejemplos

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Accidente,año

Tipo deVehículo

Túnelsección-transversal(m2)

EstimadoEtot

(GJ)

Pico EstimadoHRR

(MW)

Tiempoestimadopara elpicoHRR

Duraciónestimada defuego

Número devíctimas

Túneles de carretera

Canal delTúnel, 1996

10 HGV 45 2200 370 1 h 2.5 (3.4) h 0

Mont Blanc,1999

15 HGV, 9cars *

50 5000-7000 300-380 2-3 h 9-13 h 39

Tauern, 1999 16 HGV, 24coches

45 4000-4500 300-400 2-3 h 7-10 h 12

St Gotthard,2001

13 HGV, 10coches

41 - >200 - 3-4 11

Túnel deFrejus,2005

4 HGV, 3Vehículos

de combatede

incendios

50 - >200 - <6 2

Introducción de un método sistemáticoConcepto de Seguridad: Base para elaboración del concepto• Códigos y normas nacionales• Experiencia de los túneles existentes en la red carretera nacional• Normas internacionales, códigos y guías de, por ejemplo, PIARC e ITA• Las normas, códigos y guías de los países alrededor su país• Directiva Europea 2004/54/EF de 29. Abril 2004 (longitud túnel ≥ 500m)

requisitos mínimos de seguridad en caminos TERN

Para evitar estos terribles fallos de diseño que hemos visto en el pasadodonde un túnel es simplemente un agujero oscuro en el subterráneo

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Colapso de techo en un túnel de carreteraprofunda sin revestimiento de hormigóncompleto (without full concrete inner lining).Oslo, Noruega 2006

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Introducción de un método sistemático

Concepto de Seguridad que incluye más que una detallada de:• Organización, personal, habilidades, competencias y responsabilidades• Requisitos y responsabilidades para cada entidades involucrado• Planes de emergencia, procedimientos e instrucciones para todas …• Ejercicios de emergencia periódicas• Análisis de seguridad y riesgos y su documentación• Uso de la Directiva Europea de 2004 para más información (check list)

El Concepto de Seguridad constituye la base para hacer:"Requisitos generales para estructuras y instalaciones"

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Introducción de un método sistemáticoEjercicios de emergencia y entrenamiento de personal

El Concepto de Seguridad contienetambién una descripción detalladacomo hacer ejercicios de emergenciaperiódicamente 13

Introducción de un método sistemáticoRequisitos generales para estructuras y instalaciones

Requisitos generales para estructuras y instalaciones: Base, breve:• Condiciones del tráfico para el túnel (pronóstico del tráfico y

previsiones, AADT 20 años adelante de la fecha de apertura, HGV≥ 15% AADT, transportes pesados y peligrosos etc.) Análisis Especiales.

• Análisis de riesgos y seguridad de escenarios de accidentes típicos ysus consecuencias

• Requisitos para la velocidad y las restricciones de velocidad(por ejemplo prohibición para rebasar)

• Longitud del túnel• Guías, códigos y normas nacionales e internacionales

Datos del tráfico y la longitud del túnel » clasificación del túnel

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Introducción de un método sistemáticoClasificación del Túnel

Datos básicos necesarios para la clasificación del túnel, breve:• El volumen del tráfico y su composición• Longitud del túnel y su complexidad (numero de entradas y salidas)

Clasificación del túnel da una idea de:• Diseño de sección transversal y sus componentes• Requisitos mínimo para equipo de seguridad

15Clasificación de túnel de PIARC

Introducción de un método sistemáticoClasificación del Túnel – Estándar Noruego 2010

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Clasificación del túnel y sección transversal

Uso de puntos intermedios para túneles degrand longitud (laybys)

Introducción de un método sistemáticoClasificación del Túnel – Estándar Noruego 2010

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Clasificación de túnel y correspondenciade equipos e installaciones mínima deseguridad (SOS, escape, pasaje etc.)

Clasificación de British Standard 1999Clasificación de Suecia 2011Otros países – da lo mismo resultado

Introducción de un método sistemáticoClasificación del Túnel

Otros factores a considerar en laclasificación:• Zona urbana o rural• Sobre o bajo del nivel del mar• Sin o con carril de emergencia• Requisitos de las entidades de

emergencia o autoridades• Requisitos de Operación y

MantenimientoConcepto de Seguridad ydecisión de clase del túnel da labase para requisitos del diseño:1. Estructuras y sus geometría2. Instalaciones mecánicas y

eléctricas (M&E)3. Equipo de seguridad y

sistemas de vigilancia4. Actividades de Operación y

Mantenimiento

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Todo debe complir con el Concepto deSeguridad verificado haciendo Análisis deRiesgos. Sí no – Corrección del diseño

Directiva Europea 2004, resumen(Utilizada como lista de checkar, poco vieja)

Cross Section Geometry in Unidirectional Road Tunnels, PIARC, 2001Cross Section Design for Bidirectional Road Tunnels, PIARC 2004

Tendencias y desarrollo en Planificación de Túneles vialesGeneral

En general: Túneles viales son planeados con más seguridad para losusuarios hoy que en el pasado (1970 – 2000) y con más foco en la fase deoperación y mantenimiento: Ya hay también más foco en el futurodesarrollo técnico de los túneles.

Hoy usamos y vemos más:• Equipos de Seguridad y Instalaciones de M&E como estándar• Más sistemas de ITS en función en el área del Túnel (interior y afuera)• Más espacio interior en el Túnel (ancho, espacio libre, acotamiento

ancho, carril de emergencia y un carril adicional para el futuro)• Por lo menos 2 tubos (tráfico unidireccional) para la Seguridad y O & M• Soluciones considerando personas con discapacidad• Más Análisis de Seguridad y Riesgos para verificar el diseño• La vida útil subiendo de 100 años (antes 2000)→125 años → 150/200 años 19

Tendencias y desarrollo en Planificación de Túneles vialesEquipo de Seguridad para Control y Alarma Estándar hoy

• Sistema SCADA (Supervisión, Control y Adquisición de Datos) (remoto)• CCTV (Circuito Cerrado, televisión) y IDS (Sistema de Detección de Incidentes)• Teléfonos de Emergencia (Cabinas de SOS)• Alarmas de Incendio (Cabinas de SOS)• Sistemas de detección de incendio automático (IDS, Linear Heat Detection)• Instrumentos para medir las concentraciones de gases (CO, NO, NOx)• Sensores para puertas y Cabinas de SOS, extintor de incendios• Control de vehículos más altos que permitido

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Tendencias y desarrollo en Planificación de Túneles vialesSCADA y Sala de Control del Túnel y del Tráfico

Monitoreo de tráfico diariogarantizando la seguridad deltráfico 24 horas todo el año(puede ser central o remoto)

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Tendencias y desarrollo en Planificación de Túneles vialesSCADA y Sala de Control del Túnel y del Tráfico

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Tendencias y desarrollo en Planificación de Túneles vialesEmisiones

El desarrollo que vemos es hoy: Requisitos de las Autoridades para valoresde emisiones aceptables interior y acerca del túnel durante operaciónnormal son más fuertes hoy que en el pasado. Los valores críticos estánbajando más rápidamente que el desarrollo técnico de los vehículos.

Otra cosa es: Hay muchos investigaciones que indican que no hay ningúnprogreso en minimizar la polución del aire. También que filtros paravehículos de diesel no están funcionando de manera optima.

Las Autoridades ya tiene más foco de combatir partículas – afecta lasalud mucho y sabemos que hay muchos muertos cada año por eso

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Vehicle Emissions and Air demand for Ventilation in Road Tunnels, PIARC 2012

Tendencias y desarrollo en Planificación de Túneles vialesCombatir partículas

Sistemas para medir y combatir partículas (Electrostatic Precipitators):(viene de diesel, transportes pesados, llantas: Lavado del túnel no essuficiente más – Afecta la salud mucho – Habla con Noruega y Japón

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Tendencias y desarrollo en Planificación de Túneles vialesVelocidad permitida

El desarrollo es para túneles de gran longitud ≥ 3.000 m:• Ya se acepta una velocidad permitida de 110 km/h ~ como

velocidad de diseño 130 km/h• Las consecuencias como probabilidad de accidentes graves suben

más que 225 % por cambiar de 90 km/h para 110 km/h permitida

Análisis de Seguridad : Factor de V4 (V= velocidad)

Tendencia de velocidad máxima permitida (longitud ≤ 3.000 m)80 – 90 km/h (túnel rural) ~ 100 – 120 km/h diseño60 – 70 km/h (túnel urbano) ~ 80 – 100 km/h diseño

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Tendencias y desarrollo en Planificación de Túneles vialesGeometría

El desarrollo es para la Geometría y Túnel interior :• Espacio libre: 5.00 – 5.50 m o más (antes 4.50 m - 4.80 m)• Espacio para instalaciones 1.00 – 1.50 m es normal (antes 0.50 – 0.75 m)• Revestimiento de hormigón (Full Concrete Inner-lining) para prevenir

colapso etc.• Asfalto/pavimento al nivel del carril de las aceras ("sidewalks")• Espacio para evacuación y escape (autobús de 70 personas / 5 min.)

Distancia hoy: 50 – 200m dependiente el tipo de túnel (antes 100 – 500m)

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Tendencias y desarrollo en Planificación de Túneles vialesIncendios – Carga de diseño (asunto de ventilación)

El desarrollo es para túneles de carreteras:• 50 - 100 MW hasta ~ el año 2005 pero hoy es:• 200 MW (Túnel sumergido, Estándar de Noruega (2010), Suecia (2011)• Investigaciones de las consecuencias de 300 MW (Análisis de Seguridad)• En el futuro: hablamos de 250 – 350 MW o más como estándar• Vemos más transportes pesados y peligrosos (los riesgos suben)

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Systems and Equipment for Fire and Smoke Control in Road Tunnels, PIARC (2007)(Nueva publicación de PIARC en el futuro: Carga de diseño va a subir)

Tendencias y desarrollo en Planificación de Túneles vialesIncendios – Carga de diseño – Protección pasivo

El desarrollo y la tendencia es para protección pasiva de estructuras:• Diseño estructural - El máximo valor de los 3 curvas:

• Curva de Hydro-Carbon con un incendio de 120 minutos• Curva de ISO 834 con un incendio de 240 minutos• Curva de RWS (Rijkswaterstaat,NL) de 120 minutos (1380 grados Celsius)

Hay por lo menos 3 métodos de protección pasiva:• Con placas fijadas prefabricadas (espesor 40 – 60 mm) pared y techo• Mortero especial con fibra (espesor 40 – 60 mm)• Elementos prefabricados por fuera de la pared (parte de la estética)

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Tendencias y desarrollo en Planificación de Túneles vialesIncendios – Carga de diseño – Protección activa

Tendencia de protección activa de "Fixed Fire Fighting Systems (FFFS):Hablamos de 3 métodos de protección activa:

1)Sprinklers 2) Deluge Systems y 3) Water Mist Systems

Todavía hay pocos túneles de carreteras con sistemas instalados porque:• Dudoso en relación de combatir de incendios y asegurar la seguridad del personal• Dudoso en control de funcionalidad (parte del Concepto de Seguridad)• Dudoso si es costo efectivo o no• Problemático hacer mantenimiento y la vida útil es también dudosa• Experiencia que las Entidades de Emergencia y Autoridades no le gustan estos sistemas

instalados por muchas razonesNosotros de COWI no recomendamos pero seguimos el desarrollo como PIARC

29An Assessment of Fixed Fire Fighting Systems, PIARC 2008

Tendencias y desarrollo en Planificación de Túneles vialesSistemas de ventilación

Tendencia y el desarrollo de sistemas de ventilación es:

Jet fans moderno para ventilación longitudinalInstalación de "Smoke extraction systems" túnel ≥

3 km

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Systems and Equipment for Fire and Smoke Control in Road Tunnels, PIARC (2007)

Tendencias y desarrollo en Planificación de Túneles vialesIncendios de Túnel: Algo a considerar y tomar en cuenta

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Tendencias y desarrollo en Planificación de Túneles vialesTúnel de prueba de Runehamar, Noruega

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Túnel de carretera para examinar yponer pruebas de incendios completos(Full scale fire testing tunnel)

Tendencias y desarrollo en Planificación de Túneles vialesIluminación de túneles

Tendencia y el desarrollo de iluminación: Usando más tecnología de LED,Light Emitting Diodes (es decir, mejor iluminación, usamos menos energía,mejor vida útil) y Paneles solares (zona rural, para proveer energía)

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Tendencias y desarrollo en Planificación de Túneles vialesIluminación de túneles - tendencia y desarrollo

El diseño de sistema de iluminación de túneles de carretera tiene muchainfluencia sobre seguridad vial

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Hay 45 años entra los dos

Tendencias y desarrollo en Planificación de Túneles vialesIluminación de túneles

Tendencia y el desarrollo de iluminación: Iluminación estándarHablamos sobre 1) Iluminación normal 2) Iluminación de evacuación

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Tendencias y desarrollo en Planificación de Túneles vialesIluminación de túneles - Ejemplos de salidas, Suecia

Tendencia y el desarrollo de iluminación: Foco en la estética (seguridad?)

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Tendencias y desarrollo en Planificación de Túneles vialesIluminación de túneles - Ejemplos de Asia

Tendencia y el desarrollo de iluminación: Foco en la estética (seguridad?)

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Tendencias y desarrollo en Planificación de Túneles vialesIluminación de túneles largos – Ejemplo de Noruega

Tendencia y el desarrollo de iluminación: Foco en evitar la monotonía

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Tendencias y desarrollo en Planificación de Túneles vialesIluminación de túneles largos – Ejemplo Femern Túnel

Tendencia y el desarrollo de iluminación: Foco en evitar la monotoníaFilosofía es: Viaje de experiencia (Es manejar y pasar un túnel a 110 km/h un viaje seguro ?)

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Tendencias y desarrollo en Planificación de Túneles vialesIluminación de túneles – Ejemplo de Estocolmo, Suecia

Tendencia y el desarrollo de iluminación: Foco en la estética

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Túneles más largo del Mundo

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Hongkong – Zhuhai – Macau Link, China (IMT): 6 km

Túneles de gran longitudEjemplo de Hong Kong – Zhuhai – Macau Link, China

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Key Data:Guangdong ProvincePearl River Delta33 km of Bridges6 km Immersed Tunnel2 tubes, 3 lanes eachWide hard shoulders2 Transition Islands1 Toll IslandTunneldesign: COWI/HPDIConstruction period:2010 - 2016

Bridge桥梁

Artificial Islands人工岛

Immersedtunnel沉管隧道

Bridge桥梁

HKSAR香港


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Main Component of tunnel project隧道工程主要组成部分•Immersed tunnel沉管隧道: 5.7 km33 elements, standard length 180 m 33个管节，标准管节长度180m

•Cut & cover tunnels暗埋段隧道: 0.3 km•Ramps岛上敞开段: 0.8 km


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Túneles de gran longitudEjemplo de Femern Belt, Dinamarca – Alemania

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Key Data:17 km Immersed TunnelCross borders – DK/D2 tubes for Road2 tubes for RailService GalleryEmergency LanesLongitudinal ventilation2008 - ????


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Túneles de gran longitudEjemplo del Túnel de Rogfast – Noruega

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Datos del Túnel:Cliente: Norwegian Public Road AuthorityConsultores: SINTEF (N) y COWI A/S (DK/N)(Analisis de Seguridad y Riesgos, Conceptos)

Longitud ~ 25.5 kmVelocidad permitido: 80 – 90 km/h como maximo2 tubos de 2 carrilesTúnel adicional 3.6 km para Kvitsøy (Isla menor)~15.000 AADTProfundidad ~- 400 metros a bajo del nivel del mar

Incendios analisados: 20 MW, 100 MW , 300 MW

Túneles de gran longitudEjemplo del Túnel de Rogfast – Noruega

53Circulación del tráfico entre los dos tubos en caso de acidente y O&M etc.

Túneles de gran longitudEjemplo de Intercambio – Oslo, Noruega

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El futuro: Vamos a ver más proyectos complejos y conmás desafíos tecnicos

Conclusiones

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Túneles modernos para las carreteras son en general planeados con másseguridad para los usuarios hoy que en el pasado (1970 – 2000) y con más focoen la fase de operación y mantenimiento.

Hay una tendencia muy fuerte que los requisitos de las Autoridades suben másrapidamente que el desarrollo technico, es decir, tenemos más desafíos en elfuturo a resolver como ingenieros.

Todavía hay Consultores y Dueños/Clientes non profesionales que estáncompromisando bastante la seguridad de los usuarios para establecer o batirrécordes del longitud, es decir, "response time" que maneja en realidad toda laSeguridad

Final de la presentación

Gracias por su atención

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