TFM Sergio Cardozo.pdf

Trabajo realizado por:
Sergio Tito Cardozo Nava
Dirigido por:
Javier Pablo Ainchil Lavin
Gonzalo Ramos Schneider
Máster en:
Ingeniería Estructural y de la Construcción
Barcelona, Febrero de 2019
Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental
TRABAJO
FINAL
DE
MÁSTER
Ventajas estructurales del uso de
dovelas trapezoidales frente a
rectangulares en túneles ejecutados
con TBM

TESIS DE MÁSTER
Máster
Título
Autor
Tutores
Intensificación
Fecha
Ingeniería Estructural y de la Construcción
Sergio Tito Cardozo Nava
Javier Pablo Ainchil Lavin
Gonzalo Ramos Scheneider
Tecnología de Estructuras
Febrero 2019
Ventajas estructurales del uso de dovelas trapezoidales frente a
rectangulares en túneles ejecutados con TBM

Ventajas estructurales del uso de dovelas trapezoidales frente a rectangulares en túneles ejecutados con
TBM
Sergio Tito Cardozo Nava I
Resumen
Actualmente se percibe un crecimiento en la construcción de túneles debido a que
representan una adecuada solución para vencer las adversidades del entorno creando vías de
comunicación para transporte de personas o materiales. La necesidad de optimizar la ejecución
de estos proyectos provocó la evolución y diversificación de los métodos constructivos
aplicados, siendo el más usado actualmente para entornos urbanos el medio mecánico
mediante tuneladora o TBM (Tunnel Boring Machine), que permiten excavar túneles a sección
completa a la vez que proporciona la sustentación del mismo tanto provisional como definitiva.
Para el sostenimiento definitivo de los túneles se utilizan anillos formados por piezas de
hormigón prefabricado, denominadas dovelas, a fin de garantizar la estabilidad del túnel, y
generalmente tienen formas trapezoidales o rectangulares según las juntas entre dovelas de un
mismo anillo sean oblicuas o paralelas al eje del túnel.
Existe una tendencia actual dentro de la tecnología de túneles hacia el uso de dovelas
trapezoidales en lugar de rectangulares por diversos motivos. De esta manera surge la
motivación de la presente tesina que pretende realizar un estudio comparativo de los resultados
a nivel de esfuerzos y deformaciones obtenidos de simulaciones estructurales de anillos
conformados por dovelas trapezoidales y rectangulares en túneles ejecutados con TBM.
Para la obtención de resultados se estudiaron anillos completos y dovelas individuales,
aplicando diferentes estados de carga y condiciones de apoyo en juntas mediante la ayuda del
programa de cálculo y diseño estructural SAP 2000, profundizando en la metodología utilizada
para elaborar los modelos.
Los alcances del presente trabajo abarca también comparaciones con proyectos reales
a nivel de cuantías de refuerzo para de esta manera, y sumado al análisis comparativo de unos
con otros con los casos propuestos proponer conclusiones y recomendaciones con respecto al
uso de dovelas trapezoidales y rectangulares.
Palabras clave: TBM, Estudio comparativo, Dovela, Anillo, Trapezoidal, Rectangular, Estados de
carga, Condiciones de apoyo.

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Sergio Tito Cardozo Nava II
Abstract
Currently there is a growth in the construction of tunnels because they represent an
adequate solution to overcome the adversities of the environment, creating communication
ways to transport people or materials. The need to optimize the execution of these projects
caused the evolution and diversification of the constructive methods applied, being the most
used for urban environments the Tunnel Boring Machine (TBM), that allow to excavate complete
section tunnels to the time that provides provisional and definitive support.
For the definitive support of the tunnels, rings formed of precast concrete segments are
used to guarantee the stability of the tunnel, and usually have trapezoidal or rectangular shapes
according to the joints between segments of the same ring, they are oblique or parallel to the
axis of the tunnel.
There is a current trend in tunnel technology towards the use of trapezoidal segments
instead of rectangular ones for many reasons. In this way, the motivation of the present thesis
arises, which intends to carry out a comparative study of the results of stresses and
deformations obtained from structural simulations of rings formed by trapezoidal and
rectangular segments in tunnels executed with TBM.
To obtain the results, complete rings and individual segments were studied, applying
different load and support conditions in joints through the structural design and calculation
program SAP 2000, deepening in the methodology used to elaborate the models.
The scope of this work also includes comparisons with real projects at the level of
reinforcement amounts, in this way, and in addition to the comparative analysis of each other
with the proposed cases propose conclusions and recommendations regarding the use of
trapezoidal and rectangular segments.
Keywords: TBM, Comparative study, Segment, Ring, Trapezoidal, Rectangular, Load conditions,
Support conditions.

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Sergio Tito Cardozo Nava III
Agradecimientos
A Dios por ser el principal guía en mi vida, dándome fuerza, permitiéndome superar
obstáculos y alcanzar metas.
A mi padre David, un ejemplo a seguir en mi vida, por sus enseñanzas, apoyo y cariño.
A toda mi familia, por el apoyo incondicional que siempre me brindaron día a día pese
a la distancia, todo lo que hoy soy es gracias a ellos.
A mis tutores, Javier Ainchil y Gonzalo Ramos por la orientación, seguimiento,
conocimiento y por todo el tiempo invertido a lo largo del desarrollo de esta Tesis Final de
Máster.
A mis amigos, por el apoyo y todos los buenos recuerdos que me llevo de esta
experiencia.

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Sergio Tito Cardozo Nava IV
Índice General
1. INTRODUCCIÓN Y OBJETIVOS.......................................................................................1
1.1. INTRODUCCIÓN............................................................................................................ 1
1.2. OBJETIVOS.................................................................................................................... 2
1.2.1. Objetivo General...................................................................................................... 2
1.2.2. Objetivos Específicos................................................................................................ 2
2. ESTADO DEL CONOCIMIENTO.......................................................................................3
2.1. INTRODUCCIÓN............................................................................................................ 3
2.2. TUNNEL BORING MACHINE (T.B.M.)............................................................................ 3
2.3. TIPOS DE TUNELADORAS.............................................................................................. 4
2.3.1. Tuneladoras de roca dura o topos........................................................................... 5
2.3.1.1. Tuneladoras abiertas ...................................................................................... 5
2.3.1.2. Tuneladoras escudadas .................................................................................. 5
2.3.1.3. Tuneladoras doble escudado.......................................................................... 6
2.3.2. Escudos o tuneladoras para rocas blandas y suelos................................................ 7
2.3.2.1. Escudo a presión de lodos (slurry shields)...................................................... 7
2.3.2.2. Escudos presurizados...................................................................................... 8
2.3.2.3. Escudos de presión de tierra (E.P.B.M.) ......................................................... 8
2.4. REVESTIMIENTO DE TÚNELES CON SEGMENTOS DE HORMIGÓN PREFABRICADO.... 10
2.4.1. Introducción........................................................................................................... 10
2.4.2. Segmentos prefabricados o dovelas...................................................................... 11
2.4.3. Anillo trapezoidal................................................................................................... 12
2.4.4. Anillo universal ...................................................................................................... 13
2.4.5. Interfaz entre segmentos....................................................................................... 16
2.4.6. Interfaz con la TBM................................................................................................ 18
2.4.7. Interfaz con el terreno ........................................................................................... 19
2.4.8. Interfaces internas................................................................................................. 20
2.5. CARACTERÍSTICAS DEL REVESTIMIENTO DE TÚNELES CON SEGMENTOS DE
HORMIGÓN PREFABRICADO................................................................................................... 21
2.5.1. Espesor del anillo................................................................................................... 21
2.5.2. Hormigón............................................................................................................... 22
2.5.3. Refuerzo................................................................................................................. 22
2.5.3.1. Barras de acero............................................................................................. 22
2.5.3.2. Refuerzo con fibras metálicas y combinación barras - fibras....................... 23
2.5.4. Geometría.............................................................................................................. 24
2.5.4.1. Forma de las dovelas .................................................................................... 25
2.5.4.2. Barras de guiado........................................................................................... 25
2.5.5. Conexiones............................................................................................................. 26
2.5.5.1. Uniones entre dovelas.................................................................................. 26

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Sergio Tito Cardozo Nava V
2.5.5.2. Uniones entre anillos.................................................................................... 27
2.5.6. Estanqueidad......................................................................................................... 28
2.5.7. Colocación del anillo de dovelas............................................................................ 30
2.6. DISEÑO DEL REVESTIMIENTO DE TÚNELES CON SEGMENTOS DE HORMIGÓN
PREFABRICADO ....................................................................................................................... 33
2.6.1. Introducción........................................................................................................... 33
2.6.2. Procedimiento de diseño ....................................................................................... 33
2.6.3. Cargas.................................................................................................................... 37
2.6.3.1. Tipos de cargas ............................................................................................. 37
2.6.3.2. Presión del terreno....................................................................................... 37
2.6.3.3. Presión de agua ............................................................................................ 39
2.6.3.4. Carga muerta ................................................................................................ 39
2.6.3.5. Sobrecarga.................................................................................................... 40
2.6.3.6. Reacción de subrasante................................................................................ 40
2.6.3.7. Cargas del interior......................................................................................... 41
2.6.3.8. Cargas durante la fase de construcción........................................................ 41
2.6.3.9. Efecto sísmico ............................................................................................... 41
2.6.3.10. Otras cargas .................................................................................................. 41
2.6.4. Materiales.............................................................................................................. 42
2.6.4.1. Tipificación de los hormigones ..................................................................... 42
2.6.4.2. Peso específico.............................................................................................. 42
2.6.4.3. Coeficiente de Poisson (ν)............................................................................. 42
2.6.4.4. Módulo de Elasticidad .................................................................................. 42
2.6.4.5. Curva Tensión - Deformación ....................................................................... 43
2.6.5. Métodos de diseño ................................................................................................ 43
2.6.5.1. Método de las Ecuación Elástica................................................................... 44
2.6.5.2. Método del modelo Viga - Muelle................................................................ 45
2.6.5.3. Métodos de Elementos Finitos..................................................................... 46
3. METODOLOGÍA..........................................................................................................48
3.1. INTRODUCCIÓN.......................................................................................................... 48
3.2. CASO DE ESTUDIO ...................................................................................................... 49
3.3. PROCESO DE CÁLCULO............................................................................................... 50
3.3.1. Datos de cálculo .................................................................................................... 51
3.3.1.1. Geometría..................................................................................................... 51
3.3.1.2. Propiedades de los materiales...................................................................... 52
3.3.1.3. Características del terreno............................................................................ 52
3.3.1.4. Cargas ........................................................................................................... 53
3.3.2. Dovela Individual ................................................................................................... 53
3.3.3. Anillo con Cargas Radiales..................................................................................... 56
3.3.4. Anillo con Cargas Reales........................................................................................ 59
3.3.4.1. Apoyo de subrasante.................................................................................... 59
3.3.4.2. Presión de tierra ........................................................................................... 61
3.3.4.3. Presión de agua ............................................................................................ 63
3.4. EVALUACIÓN DE RESULTADOS................................................................................... 65
4. ANÁLISIS DE RESULTADOS .........................................................................................66
4.1. INTRODUCCIÓN.......................................................................................................... 66
4.2. DOVELA INDIVIDUAL.................................................................................................. 66
4.2.1. Momentos flectores............................................................................................... 66
4.2.2. Esfuerzos cortantes................................................................................................ 69

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Sergio Tito Cardozo Nava VI
4.2.3. Deformaciones y giros........................................................................................... 71
4.2.4. Resumen comparativo........................................................................................... 74
4.3. ANILLO CON CARGAS RADIALES................................................................................. 76
4.4. ANILLO CON CARGAS REALES..................................................................................... 82
4.4.4. Alabeo.................................................................................................................... 89
4.4.6. Comparación de cuantías de armadura con los proyectos reales......................... 92
4.4.6.1. Comparación dovela del anillo trapezoidal con dovela del proyecto “Asia” 92
4.4.6.2. Comparación dovela del anillo rectangular con dovela del proyecto
“América” 98
5. CONCLUSIONES .......................................................................................................105
5.1. CONCLUSIONES........................................................................................................ 105
5.2. FUTURAS LÍNEAS DE INVESTIGACIÓN ...................................................................... 107
6. BIBLIOGRAFÍA..........................................................................................................109
6.1. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS................................................................................ 109

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Sergio Tito Cardozo Nava VII
Índice de Figuras
Figura 1 - Tipos de tuneladoras. a) Tuneladora de roca dura o topo y b) Tuneladora de roca
blanda o escudo. ........................................................................................................................... 4
Figura 2 - Tuneladora de roca tipo abierta.................................................................................... 5
Figura 3 - Tuneladora de roca tipo escudada................................................................................ 6
Figura 4 - Tuneladora de roca tipo doble escudo. ........................................................................ 6
Figura 5 - Escudo a presión de lodos (Slurry Shields).................................................................... 8
Figura 6 - Escudo E.P.B.M. de frente cerrado ............................................................................... 9
Figura 7 - Esquema de presiones ejercidas por el escudo sobre el frente en un escudo E.P.B.M.
de frente cerrado. ......................................................................................................................... 9
Figura 8 - Desarrollo de revestimiento de túnel con juntas paralelas y dovela llave trapezoidal.
..................................................................................................................................................... 12
Figura 9 - Anillo trapezoidal formado por 6 dovelas trapezoidales idénticas............................. 12
Figura 10 - Dovelas atornilladas en todas sus juntas. ................................................................. 13
Figura 11 - Anillo universal. a) Planos de corte, b) Tramo recto y c) Tramo curvo..................... 14
Figura 12 – Desarrollo del anillo universal.................................................................................. 14
Figura 13 – Vista del anillo universal encajado y su desarrollo. Dovelas llave y contrallave
enfrentadas, en cualquier posición del círculo. .......................................................................... 15
Figura 14 – Dovela romboide de anillo universal, con orificios para pernos rectos y conectores
en juntas circunferenciales. ........................................................................................................ 15
Figura 15 – Proceso constructivo y habitual configuración empleada en los túneles con
revestimiento de dovelas prefabricadas de hormigón. .............................................................. 16
Figura 16 – Grietas longitudinales en dovelas. ........................................................................... 17
Figura 17 – a) Configuración francesa vs. b) Configuración alemana......................................... 19
Figura 18 – Caso de carga de elevación. ..................................................................................... 20
Figura 19 – Relación entre el diámetro interno y el espesor del anillo en 205 túneles.
Modificado a partir de Salas y Della Valle (2012). ...................................................................... 21
Figura 20 – Armado de una dovela mixta. .................................................................................. 23
Figura 21 – Relación de esbeltez en dovelas............................................................................... 23
Figura 22 – a) Túnel con dovelas hexagonales y b) Esquema de colocación de dovelas
hexagonales................................................................................................................................. 24
Figura 23 – Forma de las dovelas a) Forma trapezoidal b) Forma rectangular........................... 25
Figura 24 – Esquema de una barra de guiado de las dovelas. .................................................... 26
Figura 25 – Dovelas con barras de guiado y conectores, sin orificios para pernos. ................... 26
Figura 26 – Dovelas con barras de guiado y conectores, sin orificios para pernos. ................... 27
Figura 27 – Disposición de superconectores/shear keys alrededor de una apertura en los
anillos y detalles.......................................................................................................................... 27
Figura 28 – Sello con inserto hidrofilico confinado (Datwyler)................................................... 29

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Sergio Tito Cardozo Nava VIII
Figura 29 – Sello anclado en el hormigón (Datwyler). ................................................................ 29
Figura 30 – Sello Trelleborg con un único anclaje al hormigón. ................................................. 29
Figura 31 – Movimiento del erector para la colocación de la dovela trapezoidal, con un único
movimiento................................................................................................................................. 30
Figura 32 – Movimiento del erector para la colocación de la dovela rectangular, que requiere
dos movimientos......................................................................................................................... 31
Figura 33 – Posiciones no permitidas de anillo con juntas radiales oblicuas, por generar juntas
en cruz......................................................................................................................................... 32
Figura 34 – Posiciones no permitidas de anillo con dovelas rectangulares, por generar juntas en
cruz.............................................................................................................................................. 32
Figura 35 – Posiciones no permitidas de anillo con juntas radiales oblicuas, por generar juntas
en cruz......................................................................................................................................... 32
Figura 36 – Posiciones no permitidas de anillo con dovelas rectangulares, por generar juntas en
cruz.............................................................................................................................................. 33
Figura 37 – Tipos de cargas geoestáticas; a) Estado inicial de tensión, b) Alivio de tensión inicial,
c) Excavación soportada por el escudo d) Excavación soportada por el segmento enlechado, e)
Deformación a largo plazo. ......................................................................................................... 34
Figura 38 – Distribución de almohadillas de propulsión............................................................. 35
Figura 39 – Distribución de la carga de remolque. ..................................................................... 35
Figura 40 – Presión de lechada regular....................................................................................... 35
Figura 41 – Peso propio de los segmentos en stock. .................................................................. 36
Figura 42 – Carga de diseño – Suposición de Terzaghi. .............................................................. 36
Figura 43 – Configuración de la red del Método de Elementos Finitos...................................... 36
Figura 44 – Sección de un túnel y terreno circundante. ............................................................. 38
Figura 45 – Presión del terreno actuante en el revestimiento. .................................................. 38
Figura 46 – Presión hidrostática.................................................................................................. 39
Figura 47 – Reacción de subrasante independiente del desplazamiento del terreno................ 40
Figura 48 – Curva Tensión – Deformación del hormigón (EHE-08, 2011)................................... 43
Figura 49 – Curva Tensión – Deformación del acero (EHE-08, 2011). ........................................ 43
Figura 50 – Distribución de cargas utilizado en el Método de la Ecuación Elástica (ITA, 2000). 44
Figura 51 – Modelos de carga adaptables para el Método del modelo Viga - Resorte (ITA,
2000). .......................................................................................................................................... 45
Figura 52 – Modelo de la reacción de subrasante (ITA, 2000).................................................... 45
Figura 53 – Modelo FEM para la excavación de un túnel en terreno blando............................. 47
Figura 54 – Metodología de cálculo............................................................................................ 48
Figura 55 – Modelo de anillo utilizado en los proyectos “América” y “Asia”. ............................ 49
Figura 56 – Geometría del anillo................................................................................................. 51
Figura 57 – Vista 3D del anillo..................................................................................................... 52
Figura 58 – Dimensiones Dovela 01 rectangular y trapezoidal................................................... 53
Figura 59 – Propiedades de los materiales y de la sección en SAP 2000.................................... 54
Figura 60 – Discretización de las dovelas individuales en SAP 2000........................................... 54
Figura 61 – Apoyos en juntas de las dovelas individuales en SAP 2000. .................................... 55
Figura 62 – Presión radial en las dovelas individuales en SAP 2000........................................... 56
Figura 63 – Discretización de los anillos rectangular y trapezoidal en SAP 2000. ...................... 57
Figura 64 – Asignación de propiedades en SAP 2000 para condiciones de apoyo articulado y
empotrado en el anillo................................................................................................................ 58
Figura 65 – Aplicación de la carga radial en los anillos. ............................................................. 59
Figura 66 – Asignación de los muelles de apoyo del terreno..................................................... 60
Figura 67 – Primer estado de la zona de muelles de apoyo del terreno en el anillo................. 60
Figura 68 – Estado final de la zona de muelles de apoyo del terreno en el anillo..................... 61
Figura 69 – Esquema de cargas del terreno sobre el anillo. ...................................................... 62

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Sergio Tito Cardozo Nava IX
Figura 70 – Asignación de cargas horizontales del terreno en SAP 2000. ................................. 63
Figura 71 – Esquema de cargas de agua sobre el anillo............................................................. 64
Figura 72 – Asignación de cargas horizontales del agua en SAP 2000....................................... 65
Figura 73 – Proceso para la evaluación de resultados................................................................ 65
Figura 74 – Momentos flectores en las dovelas individuales con apoyos articulados. .............. 67
Figura 75 – Momentos flectores en las dovelas individuales con apoyos empotrados. ............ 68
Figura 76 – Esfuerzos cortantes en las dovelas individuales con apoyos articulados. ............... 69
Figura 77 – Esfuerzos cortantes en las dovelas individuales con apoyos empotrados............... 70
Figura 78 – Deformaciones y giros en la dovela individual trapezoidal con apoyos articulados.71
Figura 79 – Deformaciones y giros en la dovela individual rectangular con apoyos articulados.
..................................................................................................................................................... 72
Figura 80 – Deformaciones y giros en la dovela individual trapezoidal con apoyos empotrados.
..................................................................................................................................................... 73
Figura 81 – Deformaciones y giros en la dovela individual rectangular con apoyos empotrados.
..................................................................................................................................................... 74
Figura 82 – Momentos flectores en anillos con cargas radiales y juntas articuladas. ................ 76
Figura 83 – Momentos flectores en anillos con cargas radiales y juntas empotradas. .............. 77
Figura 84 – Esfuerzos cortantes en anillos con cargas radiales y apoyos articulados. ............... 78
Figura 85 – Esfuerzos cortantes en anillos con cargas radiales y apoyos empotrados............... 79
Figura 86 – Deformaciones y giros en anillos con cargas radiales y apoyos articulados............ 80
Figura 87 – Deformaciones y giros en anillos con cargas radiales y apoyos empotrados. ......... 81
Figura 88 – Momentos flectores en anillos con cargas reales y apoyos articulados. ................. 83
Figura 89 – Momentos flectores en anillos con cargas reales y apoyos empotrados. ............... 84
Figura 90 – Esfuerzos cortantes en anillos con cargas reales y apoyos articulados. .................. 85
Figura 91 – Esfuerzos cortantes en anillos con cargas reales y apoyos empotrados. ................ 86
Figura 92 – Deformaciones y giros en anillos con cargas reales y apoyos articulados............... 87
Figura 93 – Deformaciones y giros en anillos con cargas reales y apoyos empotrados. ............ 88
Figura 94 – Alabeos en anillos con cargas reales y apoyos articulados. ..................................... 89
Figura 95 – Alabeos en anillos con cargas reales y apoyos empotrados .................................... 90
Figura 96 – Vista longitudinal del esquema de armado de la dovela 03 del anillo trapezoidal.. 94
Figura 97 – Vista transversal del esquema de armado de la dovela 03 del anillo trapezoidal... 95
Figura 98 – Vista longitudinal del esquema de armado de la dovela 06 del proyecto “Asia" .... 96
Figura 99 – Vista transversal del esquema de armado de la dovela 06 del proyecto “Asia"...... 97
Figura 100 – Vista longitudinal del esquema de armado de la dovela 03 del anillo rectangular.
................................................................................................................................................... 100
Figura 101 – Vista transversal del esquema de armado de la dovela 03 del anillo rectangular.
................................................................................................................................................... 101
Figura 102 – Vista longitudinal del esquema de armado de la dovela B del proyecto “América"
................................................................................................................................................... 102
Figura 103 – Vista transversal del esquema de armado de la dovela B del proyecto del proyecto
“América".................................................................................................................................. 103

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Sergio Tito Cardozo Nava X
Índice de Tablas
Tabla 1 - Integración del segmento al recubrimiento como sistema.......................................... 10
Tabla 2 – Tipificación de hormigones (Tabla 3.1 EC2)................................................................. 42
Tabla 3 - Rango y dirección de la reacción de subrasante del Método del modelo Viga – Resorte
(ITA, 2000)................................................................................................................................... 46
Tabla 4 – Datos geométricos principales del anillo..................................................................... 51
Tabla 5 – Características físicas y mecánicas del hormigón C50/60. .......................................... 52
Tabla 6 – Características del terreno........................................................................................... 52
Tabla 7 – Resumen comparativo de las Dovelas Individuales..................................................... 75
Tabla 8 – Resumen comparativo de los Anillos con Cargas Radiales.......................................... 82
Tabla 9 – Resumen comparativo de los anillos con cargas reales. ............................................. 91
Tabla 10 – Datos de cálculo de Dovela 03 del anillo trapezoidal................................................ 92
Tabla 11 – Cálculo del refuerzo a flexión de la Dovela 03 del anillo trapezoidal........................ 92
Tabla 12 – Cálculo del refuerzo a cortante de la Dovela 03 del anillo trapezoidal..................... 93
Tabla 13 – Datos de cálculo de Dovela 03 del anillo rectangular................................................ 98
Tabla 14 – Cálculo del refuerzo a flexión de la Dovela 03 del anillo rectangular. ...................... 98
Tabla 15 – Cálculo del refuerzo a cortante de la Dovela 03 del anillo rectangular..................... 99

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Sergio Tito Cardozo Nava 1
1. Introducción y Objetivos
1.1. INTRODUCCIÓN
La necesidad de crear vías de comunicación para transporte de personas o materiales
dio paso al diseño y construcción de infraestructuras subterráneas, denominadas túneles, que
actualmente permiten el tráfico para vehículos de motor, ferrocarriles o canales, entre otras
aplicaciones.
En los últimos años podemos ver un crecimiento en la construcción de túneles ya que
estos representan una adecuada solución para vencer las adversidades que presenta el entorno
para llegar a un destino, por tanto se diversificó de la misma manera los métodos constructivos
aplicados para su ejecución, siendo el más usado actualmente para entornos urbanos el medio
mecánico mediante tuneladora o TBM (del inglés, Tunnel Boring Machine), que permiten
excavar túneles a sección completa a la vez que proporciona la sustentación del mismo tanto
provisional como definitiva.
Durante la etapa de sostenimiento definitivo en la ejecución de túneles con TBM, se
utilizan mayormente anillos formados por piezas de hormigón prefabricado como
revestimiento, denominadas dovelas, a fin de garantizar la estabilidad del túnel. Estas dovelas
generalmente tienen formas trapezoidales o rectangulares.
Actualmente existe una tendencia mundial dentro de la tecnología de túneles hacia el
uso de dovelas trapezoidales en lugar de rectas por diversos motivos. De esta manera surge el
objeto de estudio de la presente tesina, que mediante la ayuda del programa estructural SAP
2000 comparará resultados obtenidos en ambos casos a nivel de esfuerzos y deformaciones y
se propondrá recomendaciones al respecto.

TBM
1.2. OBJETIVOS
1.2.1. Objetivo General
El objetivo general del presente trabajo es realizar un estudio comparativo de los
resultados a nivel de esfuerzos y deformaciones obtenidos de simulaciones estructurales de
anillos conformados por dovelas trapezoidales y rectangulares en túneles ejecutados con TBM.
1.2.2. Objetivos Específicos
Para alcanzar el objetivo general se plantean los siguientes objetivos específicos:
 Redactar un estado del conocimiento referente a la tecnología de la construcción,
diseño y cálculo de revestimientos en túneles conformados por dovelas
prefabricadas de hormigón.
 Realizar simulaciones a nivel de esfuerzos y deformaciones tanto para anillos
completos y dovelas individuales de tipo rectangular y trapezoidal, aplicando
diferentes estados de carga y condiciones de apoyo en juntas mediante la ayuda del
programa de cálculo y diseño estructural SAP 2000, profundizando en la
metodología utilizada para elaborar los modelos.
 Realizar un análisis comparativo entre resultados obtenidos en un caso y otro.
 Determinar las cuantías de armadura necesarias y compararlas con proyectos
reales.
 Redactar conclusiones y recomendaciones.

TBM
2. Estado del Conocimiento
2.1. INTRODUCCIÓN
Los recientes avances tecnológicos relacionados con la ejecución de túneles con TBM
que se produjeron en los últimos años, han afectado a los equipos utilizados y su
funcionamiento, así como a los propios revestimientos, con nuevos materiales y mejoras en la
ingeniería estructural y geotécnica. Sin embargo, la implementación de estos proyectos en
condiciones ambientales severas, así como un aumento en las expectativas con respecto a este
tipo de infraestructuras, ha llevado a identificar nuevos desafíos que deben abordarse, que
afectan tanto el diseño como la construcción de los revestimientos para de esta manera poder
optimizarlos cada vez más.
Los túneles ejecutados con TBM demandan la construcción de un elemento estructural
adecuado que soporte las cargas del terreno durante la etapa de servicio, así como un elemento
de acabado capaz de proporcionar requisitos funcionales o incluso estéticos. Los revestimientos
de túneles con segmentos de hormigón prefabricado brindan una solución eficiente para ambas
misiones.
En este capítulo se desarrollará un estado del conocimiento actual de los túneles
ejecutados con segmentos de hormigón prefabricado con TBM considerando los aspectos
constructivos, el diseño, la geometría y el cálculo del revestimiento que conforman el túnel; que
servirá de base para la sustentación de la metodología y análisis de resultados de la presente
tesina.
2.2. TUNNEL BORING MACHINE (T.B.M.)
La tuneladora o T.B.M. (Tunnel Boring Machine), por sus siglas en inglés, es una máquina
capaz de excavar túneles a sección completa, a la vez que colabora en la colocación de la
entibación para la sustentación del túnel si ésta es necesaria, ya sea de forma provisional o
definitiva.

TBM
Normalmente la excavación se realiza mediante una cabeza giratoria equipada con
elementos de corte y accionada por motores hidráulicos (alimentados a su vez por motores
eléctricos, dado que la alimentación general de la máquina se realiza con energía eléctrica), aun
cuando también existen tuneladoras menos mecanizadas sin cabeza giratoria. El empuje
necesario para adelantar se consigue mediante un sistema de gatos perimetrales que se apoyan
en el último anillo de sostenimiento colocado o en zapatas móviles (denominadas grippers),
accionados también por gatos que las empujan contra la pared del túnel, de forma que se
consigue un punto fijo desde donde empujan (González de Vallejo, 1993).
Situado detrás de los equipos de excavación y avance está el denominado "equipo de
rezaga" de la tuneladora (o en denominación inglesa back up), constituido por una serie de
plataformas arrastradas por la propia máquina y que, a menudo, ruedan sobre rieles que la
misma tuneladora coloca, donde se alojan todos los equipos transformadores, de ventilación,
depósitos de mortero y el sistema de evacuación del material excavado (González de Vallejo,
1993).
Los rendimientos conseguidos con tuneladoras de cabeza giratoria son elevadísimos si
se comparan con otros métodos de excavación de túneles, pero su uso no es rentable hasta una
longitud mínima de túnel a excavar: hace falta amortizar el precio de la máquina y calcular el
tiempo que se tarda en diseñarla, fabricarla, transportarla y montarla, lo que puede llegar a los
dos años (Whittaker y Frith, 1990). Además, los túneles a excavar con tuneladora tienen que
tener radios de curvatura elevados porque las máquinas no pueden hacer curvas cerradas, y la
sección tiene que ser circular en túneles excavados con cabeza giratoria.
2.3. TIPOS DE TUNELADORAS
La tuneladoras suelen dividirse en dos grandes grupos básicos, las TBMs de roca dura o
topos y los escudos o TBMs para rocas blandas y suelos, aun cuando también existen tuneladoras
mixtas como las que excavan actualmente (Kumagai, 1997). En la figura 1 se puede apreciar los
dos tipos de tuneladoras mencionados.
Figura 1 - Tipos de tuneladoras. a) Tuneladora de roca dura o topo y b) Tuneladora
de roca blanda o escudo.

TBM
2.3.1. Tuneladoras de roca dura o topos
La tuneladoras tipo topos se componen de una cabeza giratoria, dotada de cortadores
(discos de metal duro que producen la rotura del terreno), accionada mediante motores
eléctricos y que avanza en cada ciclo mediante empuje de unos gatos que reaccionan sobre las
zapatas laterales o grippers (Sáenz de Santa María, 2007).
2.3.1.1. Tuneladoras abiertas
Este tipo de tuneladoras obtienen la fuerza necesaria de los grippers para poder
avanzar, combinada con la acción de los discos cortadores que rompen la roca en el frente como
se puede ver en la figura 2. Son especialmente utilizadas en macizos rocosos de buena calidad
mecánica, este tipo de topos son las que proporcionan mayores rendimientos, de excavación,
en condiciones geológicas favorables. La velocidad de avance depende en gran medida de la
cantidad de soporte a instalar inmediatamente por detrás de la rueda de corte (Kumagai, 1997).
Las zapatas que acodalan la máquina contra la roca durante el avance se denominan
grippers, en donde aplican el principio de que a menor resistencia mayor superficie, pero sin
superar los 0,70 m de anchura para poder apoyarse entre las armaduras.
Figura 2 - Tuneladora de roca tipo abierta.
En cuanto a los cilindros de empuje su número oscila, usualmente se utilizan 2 ó 4, y son
los que proporcionan a la máquina el empuje necesario contra el frente para realizar la
excavación. Además, es su recorrido (normalmente entre 1,50 y 2,00 m) quien marca la longitud
de cada ciclo de avance, ya que una vez agotada su carrera se sueltan los grippers, se retraen y
vuelve a iniciarse el ciclo (Kumagai, 1997).
2.3.1.2. Tuneladoras escudadas
Esta tuneladora tiene un campo de aplicación más amplio, se adapta a rocas de calidad
media a baja, donde los grippers ya no son efectivos y necesitan de un revestimiento con anillos
de dovelas sobre el que apoyarse para poder avanzar (Figura 3).

TBM
Figura 3 - Tuneladora de roca tipo escudada.
2.3.1.3. Tuneladoras doble escudado
Estas máquinas pueden trabajar en terrenos de muy diferente naturaleza, presentando
características comunes a los topos y los escudos. Pensadas para situaciones geológicas
variables desde roca hasta suelos, el avance se realiza apoyándose mediante grippers en rocas
competentes o actuando directamente sobre el revestimiento en terrenos de peor calidad.
Cuando el terreno resiste la presión de los grippers, existe la posibilidad de simultanear
las fases de excavación y sostenimiento (instalar el revestimiento mientras avanza la
perforación), lo que da lugar a la posibilidad de rendimientos más elevados.
En la figura 4 se puede observar el escudo trasero que contiene los grippers y los gatos
de empuje mientras el delantero lleva la rueda de corte y el sistema de rotación. Entre los
escudos hay los elementos telescópicos articulados que permiten el avance.
Figura 4 - Tuneladora de roca tipo doble escudo.

TBM
2.3.2. Escudos o tuneladoras para rocas blandas y suelos
En los escudos los trabajos se realizan bajo la protección de una coraza que da el nombre
a este tipo de máquinas. Las más usuales son de frente cerrado, compuestas de una cabeza
giratoria accionada por motores eléctricos que incorpora picas o rascadores, y avanza mediante
el empuje de una serie de gatos perimetrales. Estos se apoyan directamente sobre el
revestimiento definitivo y después de cada avance se retraen para permitir la colocación del
siguiente anillo (Sáenz de Santa María, 2007).
2.3.2.1. Escudo a presión de lodos (slurry shields)
La idea básica consiste en operar con bombeo de lodos bentoníticos en un circuito
cerrado que incluye el espacio entre frente y cabeza. Por una parte, el terreno arrancado por la
rueda de corte se mezcla con los lodos, formando un fluido espeso pero bombeable. La bomba
principal lo aspira y envía al exterior por la tubería de salida. Al tiempo, y por la tubería de
entrada, se aporta al frente un caudal equivalente de lodos bentoníticos, obtenidos de la
separación del escombro de la mezcla (Maidl, Herrenknech y Anhenser, 1997).
El transporte del material se hace, pues, hidráulicamente. Ahora bien el escombro debe
separarse de los lodos por dos razones: en primer lugar el coste de la bentonita, material que
hay que recuperar y, además, y sobre todo, por el impacto ambiental que produce su vertido en
las escombreras.
La separación del escombro y la bentonita se hace en instalaciones como la presentada
en la figura 5. Con este tipo de procesos, dicha separación es viable para terrenos granulares de
tamaños por encima de 0,08 mm, es decir, hasta incluir las arenas finas; mientras que la
operación se complica y encarece para los limos arenosos (tamaños entre 0,06 – 0,08 mm y 0,03
mm) y es extremadamente difícil para los limos arcillosos y arcillas (< 0,03 mm) (Maidl,
Herrenknech y Anhenser, 1997).

TBM
Figura 5 - Escudo a presión de lodos (Slurry Shields).
2.3.2.2. Escudos presurizados
Tomando en cuenta el concepto de una cámara de aire que mantiene constante la
presión al frente, mejoran mucho las prestaciones en suelos muy inestables, limitando los
asientos en superficie. Con un rango de utilización más amplio, pueden excavar aluviones
gruesos con bolos en condiciones mixtas de suelo y roca.
No obstante el aire comprimido se ha utilizado desde hace bastantes años para
presurizar totalmente los túneles construidos bajo niveles freáticos no muy importantes, debido
a las exigencias de seguridad en el trabajo, la tendencia actual, se encamina a limitar la puesta
en presión a la cámara frontal del escudo, de forma que el personal siempre pueda trabajar en
condiciones de presión atmosférica, es por ese motivo que en la actualidad ya no se utilizan este
tipo de escudos (Maidl, Herrenknech y Anhenser, 1997).
2.3.2.3. Escudos de presión de tierra (E.P.B.M.)
Los escudos de presión de tierra o E.P.B.M. (Earth Pressure Balance Machines) son un
tipo escudos que abarcan prácticamente la totalidad de los terrenos que pueden presentar
inestabilidades. Siendo apta para suelos muy variados desde muy arcillosos, pasando por
arenosos o con gravas (Figura 6) (Maidl, Herrenknech y Anhenser, 1997).

TBM
Figura 6 - Escudo E.P.B.M. de frente cerrado
El principio de su funcionamiento se basa en utilizar el mismo material excavado para
rellenar la cámara de excavación y proporcionar así el sostenimiento necesario del frente. El
escombro desplazado por el cabezal de corte pasa a una cámara situada tras él, y se va
comprimiendo a medida que ésta se va llenando. Consiguiendo así el deseado balance para
mantener la presión en la cámara, que previamente se ha prefijado (Figura 7).
Figura 7 - Esquema de presiones ejercidas por el escudo sobre el frente en un
escudo E.P.B.M. de frente cerrado.
El adecuado tratamiento del material excavado es fundamental para su correcto
funcionamiento. El objetivo es conseguir una mezcla plástica y viscosa que satisfaga ciertos
requerimientos de impermeabilidad y transmisión controlada de la presión en toda la sección
del túnel, a la vez que los productos excavados puedan ser manejados a través del tornillo de
desescombro. Con tal de ello se utilizan inyecciones de agua, espumas, lodos y polímeros en la
rueda de corte.
Para controlar el sistema de equilibrio por presión de tierras es necesario el control del
volumen de escombro desalojado en el tornillo sinfín estableciendo un equilibrio con el terreno
excavado, lo que se consigue controlando y manteniendo constante la velocidad del tornillo en
relación con la presión de tierras dentro de la cámara.
La presión de tierra se establece inicialmente en función del tipo de terreno y de la carga
de agua correspondiente, y se va ajustando de forma constante en función de mediciones
continuas antes y después de la excavación. Además, la máquina dispone de detectores de

TBM
presión en la cabeza, cámara y tornillo, cuyas lecturas recogidas y procesadas en un ordenador
permiten el control de la estabilidad del frente (Sáenz de Santa María, 2007).
Actualmente el sistema de presión equilibrada de tierras, es la tecnología predominante
para la excavación de túneles en suelos bajo el nivel freático.
2.4. REVESTIMIENTO DE TÚNELES CON SEGMENTOS DE HORMIGÓN PREFABRICADO
2.4.1. Introducción
El revestimiento de túneles ejecutados con segmentos prefabricados se puede ver como
un sistema físico compuesto por elementos individuales llamados dovelas que se unen entre sí
para formar un anillo y, posteriormente, en un grupo de anillos o secciones, que finalmente se
inyectan en sus extradoses para proporcionar continuidad con el terreno circundante. Todo el
sistema integrado finalmente garantiza que se brinde el soporte adecuado frente a las
condiciones subterráneas.
Cada segmento individual es el elemento básico de este sistema. En un nivel superior
del sistema, el anillo aparece como la integración de varios segmentos de un conjunto. Una
sección es el grupo de anillos consecutivos que no se han inyectado, que se encuentran dentro
del revestimiento de la cola del escudo. Una vez que la sección sale del escudo, la inyección tiene
lugar y los productos inyectados se endurecen, el revestimiento del túnel en teoría funciona
como un elemento estructural integrado. En la tabla 1 se observa la evolución desde el segmento
individual hasta el revestimiento completo.
Tabla 1 - Integración del segmento al recubrimiento como sistema
Teniendo en cuenta esta construcción progresiva del revestimiento, existen diferencias
importantes entre el recubrimiento ejecutado con segmentos prefabricados y el vaciado
directamente in situ, básicamente debido a la influencia de la configuración de las uniones, la
diferente interacción terreno-estructura y la capacidad de redistribución real de la carga del
recubrimiento entre anillos adyacentes (Arnau y Molins, 2012).
La construcción de todo el recubrimiento del túnel mediante el uso de elementos
individuales es posible gracias a la capacidad de los segmentos para ser fabricados en el exterior
en una planta de prefabricados y ensamblados localmente por la TBM. Cuando se compara con
el recubrimiento vaciado in situ, el comportamiento del sistema de segmentos difiere porque el
número de uniones es mayor y la transmisión de cargas es peor. Con respecto a este efecto, se
estudió la equivalencia de este revestimiento de túnel impulsado por un escudo unido a un anillo
Nivel I II III IV V
Segmento X X X X X
Anillo X X X X
Sección X X X
Inyección X X
Terreno X

TBM
continuo y determinó la reducción de la rigidez que debe considerarse al modelar el
revestimiento escalonado.
La inclusión del terreno como parte de esta descripción del sistema se justifica por el
hecho de que (Arnau y Molins, 2012) la reacción del terreno es fundamental para mantener la
estabilidad del sistema. El mecanismo de interacción de la estructura del suelo puede causar
una transferencia de fuerzas desde el revestimiento al suelo y también a lo contrario. Como
resultado, la estabilidad total del anillo está influenciada principalmente por el suelo,
especialmente cuando el anillo se deforma mucho.
2.4.2. Segmentos prefabricados o dovelas
Los segmentos prefabricados o dovelas son losas de hormigón reforzado con forma
curva que, una vez ensambladas, crean un anillo del diámetro interno deseado. El montaje
sucesivo de nuevos segmentos con el anillo anterior da lugar a un elemento cilíndrico a partir
del cual se construye el revestimiento.
Desde la década de 1960, los revestimientos de hormigón se han utilizado en muchos
túneles de pequeño diámetro en Europa. Los revestimientos fueron diseñados para ser
construidos a mano, en consecuencia, el ancho de dovela quedaba limitado por su peso, y era
alrededor de 600 mm. Estas dovelas, formaban generalmente el revestimiento primario, ya que
posteriormente se construía un revestimiento secundario, que consistía en paneles de hormigón
o de rellenado in situ (Skelhorn y McNally, 2009).
El desarrollo de las tuneladoras (TBMs), introdujo los erectores de anillo mecánicos, que
eliminó las restricciones de tamaño relacionados con el peso de la dovela. Este avance permitió
el diseño de un anillo único (no por capas), suficiente para su uso como revestimiento final,
pudiéndose construir con una sola pasada. El ancho de los anillos también se pudo aumentar y
en consecuencia se pudieron utilizar anillos de hasta 1 m de ancho.
Los anillos por dovelas, se construían hasta entonces mediante conexiones atornilladas,
pero para algunos casos donde el terreno era estable, se empezó a utilizar un método diferente.
Este método introducía la última de éstas dovelas con forma de cuña (dovela llave), lo que
provoca que el resto de dovelas se expandan contra el terreno y se comprima el anillo, haciendo
que no sean necesarios los tornillos.
Por otro lado, seguía existiendo el problema de la impermeabilización del túnel, ya que
conseguir el sellado efectivo entre dovelas es difícil. En los primeros anillos, se colocaba cuerda
impregnada de alquitrán entre cada dovela para sellar temporalmente la junta, y retener la
lechada del relleno anular. Las uniones entre los segmentos se sellaban posteriormente con
morteros o similares, después de la finalización del túnel, lo que alargaba mucho el tiempo total
de construcción del proyecto. Con el tiempo, la cuerda fue sustituida por juntas hidrófilas
permanentes, que se instalaba en ranuras de la dovela hechas para ese propósito. Estos nuevos
métodos tuvieron bastante éxito, pero muchos clientes todavía seguían usando el sellado
posterior con morteros (Skelhorn y McNally, 2009).

TBM
En esta etapa la geometría del anillo consistía en un número de dovelas paralelas, dos
contrallaves (dovelas a cada lado de la llave) y una dovela llave. Al principio, estas dovelas llaves
eran paralelas, de forma rectangular y medidas alrededor de 150mm, pero evolucionó a formas
trapezoidales, que permitían ser instaladas a máquina tal como se puede apreciar en la figura 8.
Figura 8 - Desarrollo de revestimiento de túnel con juntas paralelas y dovela llave
trapezoidal.
2.4.3. Anillo trapezoidal
A principios de la década de 1980, los diseñadores y contratistas comenzaron a
experimentar con dovelas trapezoidales (Figura 9). El cambio fue impulsado por la necesidad de
mejorar la estanqueidad del sistema de revestimiento, y la sustitución de juntas hidrófilas
utilizadas anteriormente por juntas de goma. Con el uso de estas nuevas juntas, había una
necesidad de deslizar y colocar cada dovela en su lugar definitivo antes de que las juntas
entraran en contacto. Esto no era posible con dovelas paralelas, en los que era necesario
comprimir las juntas radiales para alinear los orificios de los pernos. Con las dovelas
trapezoidales, las juntas no entran en contacto hasta que los orificios para pernos de las dovelas
están alineados (Skelhorn y McNally, 2009).
Figura 9 - Anillo trapezoidal formado por 6 dovelas trapezoidales idénticas.
Inicialmente, el anillo trapezoidal estaba formado por 6 dovelas trapezoidales idénticas,
que esencialmente podían ser consideradas como tres llaves y tres contrallaves. Una de las
desventajas de este tipo de dovelas, fue en la construcción del anillo. Empezando con una dovela
contrallave, la secuencia de construcción requiere la colocación de una dovela llave a ambos
lados de la primera dovela instalada, antes de instalar las otras dos dovelas contrallave. Esto,
dificulta la compresión de todas las juntas, y por tanto es difícil asegurar la estanqueidad del
revestimiento al agua.

TBM
El atornillado de los anillos también fue un problema, ya que los anillos anteriores se
atornillaban tanto en las juntas radiales como circunferenciales. Para poder atornillar las dovelas
de estos nuevos anillos, se idearon orificios curvados para pernos también curvados (banana
bolts), que permitían conectar estas dovelas (Figura 10).
Figura 10 - Dovelas atornilladas en todas sus juntas.
Resultó ser una solución eficaz, pero sin embargo, para proporcionar espacio suficiente
para la sección roscada era necesario sobredimensionar el agujero. Este hecho, inevitablemente,
permitía pequeños movimientos de las dovelas (deslizamiento en las juntas), y en consecuencia
afectaba en términos generales a la calidad del revestimiento (Pescara, 2010).
Este sistema rápidamente avanzó, y culminó en el anillo universal utilizado en la
actualidad.
2.4.4. Anillo universal
El anillo universal es el nuevo anillo de dovelas cónico, el cual ha conseguido mitigar
muchos de los problemas que aparecían hasta ahora. Por lo general, este anillo universal
consiste en dos segmentos llave trapezoidales (llave y contrallave) y un número de segmentos
laterales romboides (normalmente entre 4 y 6) para hacer que el anillo quede completo tal como
se muestra en la figura 11 (Bofill de la Cierva, 2007).

TBM
Figura 11 - Anillo universal. a) Planos de corte, b) Tramo recto y c) Tramo curvo.
Usualmente la configuración es que la llave y contrallave se coloquen enfrentadas en el
anillo, es decir separadas 180 grados. El ensamblaje del anillo comienza con la colocación de la
dovela contrallave, sigue con la colocación de dos (o tres, dependiendo del diseño) dovelas
romboides a cada lado, y termina con la colocación de la dovela llave (Cavalaro, 2009).
En la figura 12 se puede observar el desarrollo del anillo universal, en este caso de seis
dovelas, donde se ven la llave y contrallave.
Figura 12 – Desarrollo del anillo universal.
Algunos proyectos se han llevado a cabo con las dos dovelas llave (llave y contrallave)
adyacentes entre sí en el anillo; sin embargo, esta configuración restringe el proceso de
construcción en una sola dirección. En este caso, la construcción del anillo debe comenzar con

TBM
la contrallave, y trabajar de forma secuencial alrededor del círculo, que termina con la llave. Para
un diseño de anillo con la dovela llave a la derecha de la contrallave, la construcción siempre
tendrá que ser llevada a cabo en sentido contrario a las agujas del reloj. Una consecuencia de
este enfoque es que, con el erector actuando siempre en la misma dirección, se puede introducir
una torsión al túnel.
El anillo universal, tiene la gran ventaja de que el proceso de construcción se inicia
siempre con la misma dovela (la contrallave) para todos los anillos. Dependiendo de la
orientación requerida de la forma cónica del anillo, esta dovela puede ser colocada en cualquier
lugar alrededor del círculo (Figura 13). Gracias a este factor, ha sido posible reducir el tamaño
de la dovela llave, lo que aumenta la facilidad de construcción. También reduce la distancia de
retroceso requerida y, en consecuencia reduce la longitud de su escudo de cola (Skelhorn y
McNally, 2009).
Figura 13 – Vista del anillo universal encajado y su desarrollo. Dovelas llave y
contrallave enfrentadas, en cualquier posición del círculo.
Estos nuevos anillos, han sustituido los antiguos pernos curvados por pernos rectos que
se atornillan en tacos de plástico insertados en la dovela, y han introducido la opción de usar
conectores en las juntas circunferenciales (Figura 14). Estos cambios han facilitado y mejorado
en gran medida la calidad de la construcción del revestimiento.
Figura 14 – Dovela romboide de anillo universal, con orificios para pernos rectos y
conectores en juntas circunferenciales.
Otros avances, como los sistemas con juntas dobles y juntas hidrófilas para su uso en
áreas de abundantes aguas subterráneas, también han contribuido a mejorar la calidad final del
túnel.

TBM
2.4.5. Interfaz entre segmentos
En la construcción del revestimiento del túnel, los segmentos prefabricados se
ensamblan temporalmente a través de sus superficies laterales para proporcionar continuidad
estructural entre ellos mientras se mantienen las presiones de contacto en niveles aceptables y
una alineación adecuada. En consecuencia, existe una interfaz física entre el segmento que se
realiza normalmente por un grupo de accesorios implementados en las juntas, como pernos,
conectores, conos de centrado, barras de varilla y empaquetadores, entre otros.
Según Blom (2002) los segmentos siguen un diseño de mampostería para evitar que
los anillos contiguos tengan juntas longitudinales alineadas o semi alineadas (estrella o efecto
cruzado) que son puntos débiles estructurales y áreas de alta fuga potencial. La transmisión de
carga entre segmentos individuales de un anillo y entre anillos consecutivos se rige por la rigidez
rotacional de la junta longitudinal.
Las superficies del segmento lateral en juntas tanto longitudinales como
circunferenciales son generalmente planas con ranuras para la colocación de la junta e insertos
locales (Figura 15). Los proyectos anteriores implementaron zócalos y clavijas a nivel de juntas
longitudinales para evitar desplazamientos no deseados y garantizar la impermeabilización. Sin
embargo, las estrictas tolerancias de esta configuración pueden provocar daños y pérdida de
calidad (Blom, 2002).
Figura 15 – Proceso constructivo y habitual configuración empleada en los túneles
con revestimiento de dovelas prefabricadas de hormigón.
Los empacadores se implementan a lo largo de las juntas circunferenciales entre los
anillos para reducir los esfuerzos locales entre los segmentos y mejorar el mecanismo de fricción
que permite un ensamblaje seguro. Si no se produce una alta concentración de tensión o daños
localizados (Cavalaro, 2009), los empacadores pueden no ser necesarios, siempre que los
esfuerzos de corte movilizados entre segmentos con contacto directo puedan ser más del doble
que los empacadores. El uso del hormigón reforzado con fibras de acero SFRC es altamente
recomendado para controlar las cargas locales (De La Fuente et al., 2012).

TBM
Según Groeneweg (2007), la interfaz entre segmentos puede verse afectada por
distorsiones locales, como el llamado efecto trompeta, así como por daños. El efecto de
trompeta puede aparecer cuando el anillo comienza a salir del escudo mientras la TBM realiza
excavaciones y avanza. De este modo, el anillo anterior se inyecta y comienza a deformarse,
mientras que el anillo que no se inyecta solo está soportado por los conectores. En
consecuencia, los segmentos en el anillo que salen de la TBM se torcerán para adaptarse a la
forma real del inyectado, lo que puede experimentar una ovalización en el caso de una carga de
lechada no uniforme.
Las deficiencias de contacto son responsables de dos de los daños estructurales más
frecuentes durante la construcción: las grietas longitudinales (Figura 16) y las grietas en la
esquina del segmento, respectivamente. El agrietamiento aparece predominantemente en el
momento o justo después de erigir los segmentos cuando el TBM empuja el anillo recién
levantado fuera del TBM, ubicado principalmente en el lado del segmento donde actúan los
conectores TBM (Blom, 2002). Una vez que el anillo se inyecta y la lechada se endurece, no se
esperan más grietas. Sin embargo, la causa del daño del segmento también se puede encontrar
en la etapa de diseño (Sugimoto, 2006).
Figura 16 – Grietas longitudinales en dovelas.
La mayoría de los daños se activan durante la colocación del segmento clave debido a la
falta de espacio y la necesidad de desplazar lateralmente los segmentos adyacentes (Blom,
2002), así como en los contactos irregulares. La definición mejorada de encofrados siguiendo
cuidadosamente la ecuación teórica de la geometría de anillo universal usando suficientes
puntos de control (Cavalaro, 2009) minimiza las deficiencias de contacto.
La segunda interfaz entre segmentos se refiere a los requisitos de impermeabilidad a lo
largo del revestimiento. Por esta razón, las juntas de goma se implementan durante la fundición
del segmento o una vez que se ha curado, así como las juntas expansivas o de hinchamiento o
incluso el tratamiento de pintura en los extrados. Para evitar la apertura de los sellos de la junta,
deben comprimirse de acuerdo con su curva de deformación de la carga, compresión que se
logra gracias a las fuerzas de empuje aplicadas desde la tuneladora en la cara lateral del
segmentos (Herrenknecht, 2003).

TBM
2.4.6. Interfaz con la TBM
La interfaz entre TBM, segmento y anillos es crítica para el éxito del revestimiento, y en
consecuencia la optimización del diseño y la construcción del revestimiento segmentario, en
estrecha relación con la correcta selección y operación de la máquina perforadora de túneles
(TBM), son las dos preocupaciones principales para los propietarios, diseñadores y contratistas
(Nguyen, 2005).
Durante la construcción de un túnel conducido por un escudo, la tuneladora excava el
suelo excavando el suelo con una rueda de corte. El movimiento hacia adelante real de la TBM
tiene lugar empujando hacia fuera en el frente del revestimiento del túnel ya construido
utilizando gatos de empuje. Estos gatos normalmente se combinan en grupos de dos, que
comparten la misma placa del gato de empuje para hacer contacto con el revestimiento del
túnel. TBM afecta a los segmentos primero durante la etapa de montaje, donde los segmentos
se manejan por vacío o por dispositivos mecánicos (Groenenweg, 2007).
Según Burgers et al. (2007), el efecto principal de las fuerzas de ariete es el llamado
efecto de división. Los gatos producen una alta tensión de compresión en la dirección del
movimiento de la TBM y, por consiguiente, se producen tensiones de tracción en la dirección
radial, que normalmente pueden inducir grietas en una dirección longitudinal sensible. Los gatos
a veces se colocan de forma excéntrica en los segmentos con respecto a las direcciones radial y
circunferencial, lo que aumenta este efecto y afecta la calidad de los segmentos ensamblados.
Junto a la colocación excéntrica, también se introducen fuerzas laterales secundarias si las
fuerzas del gato no actúan en línea con el revestimiento (Blom, 2002) como en el caso de las
curvas.
Las uniones de anillo no hacen contacto en toda la longitud del segmento, sino que se
reducen a algunas ubicaciones predefinidas. Los gatos de empuje de TBM producen enormes
fuerzas axiales normales en los segmentos del túnel que también se transfieren a los otros
anillos a través de estas áreas de contacto. En consecuencia, la ubicación de las áreas de
contacto se define por las posiciones de las placas del gato de empuje en los segmentos del
túnel. Las configuraciones de dos conectores de empuje se usan comúnmente en Europa
(Groeneweg, 2007) como se muestra en la Figura 17. La configuración francesa considera que
las clavijas de empuje siempre actúan dentro del tramo del segmento, generalmente en ¼ y ¾
de la longitud segmentaria, mientras que la configuración alemana define la toma de empuje
que actúan en ambos bordes y en medio de los segmentos, por lo tanto, en 0, ½ y 1 de la longitud
segmentaria.

TBM
Figura 17 – a) Configuración francesa vs. b) Configuración alemana.
Una desventaja significativa de la configuración alemana es la aparición de grandes
fuerzas de tracción mediante la introducción de fuerzas de gato de empuje en el borde del
segmento. Debido a la presencia de tres áreas de contacto en la junta del anillo, esta
configuración es vulnerable a la colocación de errores en los anillos ya montados. Si en
cualquiera de las tres áreas de contacto no es posible interactuar completamente con el otro
anillo, la enorme fuerza del gato de empuje en la otra cara frontal del segmento debe desviarse
hacia los otros soportes restantes, lo que resulta en grandes fuerzas internas de tracción y daños
En forma de grietas.
Como se puede deducir fácilmente, la distribución de áreas de contacto a lo largo de la
longitud segmentaria de la configuración alemana, especialmente el área en el medio, introduce
importantes momentos de flexión de picos adicionales en el revestimiento del túnel
(Groeneweg, 2007).
El posicionamiento excéntrico de los conectores TBM en los segmentos también puede
causar daños en los segmentos ensamblados debido a las fuerzas muy altas involucradas (Blom,
2002). Un requisito normal en estos casos cuando las fuerzas del gato no actúan en línea es la
excentricidad máxima permitida.
2.4.7. Interfaz con el terreno
Los anillos del túnel se ensamblan dentro del escudo de la tuneladora, que tiene un
diámetro más pequeño que el túnel excavado, lo que resulta en un espacio vacío entre el suelo
y el revestimiento. Con el fin de evitar la pérdida de soporte del suelo y posibles asentamientos
a nivel del suelo, se inyecta una lechada de material semi-líquido en el espacio, que consiste en
arena, agua, potencialmente cemento y varios aditivos como bentonita o plastificantes. La
lechada no es realmente líquida, pero tiene un plástico muy bajo que produce resistencia al
corte (viscosidad) durante el inicio de la inyección y una baja resistencia al flujo. Si fluye
(comportamiento viscoso-plástico) puede ser fácilmente transportado e inyectado en el vacío.
No obstante, si aún no se ha excedido la resistencia al esfuerzo cortante, el material es capaz de
resistir algunos esfuerzos cortantes, lo que no es el caso de un líquido (Groeneweg, 2007). La
interacción lateral del suelo del anillo con el suelo como un continuo implica cargas de servicio
que deben considerarse en la etapa operacional del túnel (Blom, 2002).

TBM
Cuando la TBM está trabajando en el Balance de Presión de la Tierra, es posible que una
vez que los anillos hayan salido del área del escudo, el efecto hidrostático de la lechada produce
el llamado caso de carga elevación (Bloom 2002), en algunos casos debido a una lechada
incompleta (Figura 18).
Figura 18 – Caso de carga de elevación.
Durante la carga de elevación, el anillo inyectado intenta subir, pero está limitado por
el siguiente, lo que induce cargas que se transmiten mutuamente. Las reacciones del suelo
también pueden afectar este fenómeno dependiendo de la sobrecarga. Estas son cargas
temporales durante la etapa de ensamblaje del revestimiento, pero también deben considerarse
en el diseño, incluso si no están incluidas en la etapa de servicio. La forma de controlar este
proceso de ovalización es asegurar un rápido endurecimiento de la lechada con el fin de
proporcionar suficiente apoyo de suelo para el revestimiento. En este caso, se omite el caso de
carga de elevación (Blom, 2002)
La presión de la lechada en el hueco de la cola entre el túnel y el suelo produce un
aumento de la presión local en la parte superior del túnel. La lechada incompleta da como
resultado momentos de flexión significativamente más altos en túneles poco profundos en
comparación con la lechada completa. Sin embargo, si la profundidad del túnel aumenta, el
momento de flexión mediante la lechada completa se aproxima cada vez más al valor de la
lechada incompleta. El valor absoluto de este último descenderá un poco a mayores
profundidades (Groeneweg, 2007).
Como resultado de la interacción con la compatibilidad de tierra y longitudinal entre
anillos sucesivos a lo largo del túnel se pueden producir otros efectos. El efecto de forma de
trompeta ya explicado tiene lugar debido al diferente diámetro real de los anillos contiguos. El
efecto de cáscara se desarrolla debido a deformaciones secundarias por las altas fuerzas axiales
en combinación con el efecto de forma de trompeta. En ambos casos aparecerá un estado de
deformación tridimensional que incluye momentos de torsión (Bloom, 2002).
2.4.8. Interfaces internas
Las dovelas suelen estar conectados a diferentes estructuras internas que son
relevantes para su función básica de definir superficies horizontales para el tráfico o crear
recintos internos. Tanto la estructura interna como el revestimiento deben ser verificados con
respecto a la influencia de uno a otro.

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La estructura interna típica es la losa invertida que proporciona una superficie horizontal
donde se pueden desarrollar actividades funcionales. Otras estructuras internas frecuentes son
losas intermedias que permiten el tránsito o flujo paralelo al túnel único. Esta estructura puede
tener forma de arco o una losa plana construida normalmente en concreto reforzado. En ciertos
casos se diseña un sistema de losas intermedias pretensadas para crear dos medias secciones
en un túnel ferroviario (Buil et al., 2008).
2.5. CARACTERÍSTICAS DEL REVESTIMIENTO DE TÚNELES CON SEGMENTOS DE
HORMIGÓN PREFABRICADO
En el trascurso de los últimos años y dependiendo de los países, la tipología del
revestimiento con anillos de dovelas fue evolucionando de manera no uniforme, dependiendo
del área geográfica y del tipo de aplicación.
2.5.1. Espesor del anillo
El espesor del anillo es un tema abierto y no se encontró una regla general dependiendo
del tipo de terreno y la profundidad. Desde un punto de vista estructural el rango habitual está
entre el 3.5 y 4.5 % del diámetro del túnel, tendiendo a ser más altos para diámetros de túneles
pequeños, pudiendo llegar el ratio hasta 5.5-6% (Salas y Della Valle, 2012). Además, en
situaciones específicas donde la agresividad o la resistencia al fuego revistan particular
relevancia estos ratio pueden ser más altos.
Figura 19 – Relación entre el diámetro interno y el espesor del anillo en 205
túneles. Modificado a partir de Salas y Della Valle (2012).

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2.5.2. Hormigón
En la actualidad, el sistema de prefabricado industrial conlleva un desmolde a temprana
edad. Para una manipulación sin riesgos cuando se desmolda es deseable que la resistencia haya
alcanzado ya valores entre los 15 y los 17 MPa (resistencia cilíndrica). Actualmente, se
recomienda desmoldar a las 8 horas, lo que implica que para lograr la resistencia necesaria a
corta edad, la resistencia a 28 días alcanza sin problemas a los 40 MPa (en probeta cilíndrica)
(Blom, 2002).
Además, los requisitos de durabilidad e impermeabilidad muchas veces requieren
contenidos de cemento no inferiores a 360 kg/m3
, por lo cual, en muchas ocasiones, la
resistencia a compresión a los 28 días es un factor secundario consecuencia de los dos factores
mencionados.
Existe una experiencia en túneles (la línea de alta velocidad española a su paso por
Asturias) en la que se utilizaron hormigones de alta resistencia (fc>65 MPa e incluso valores de
hasta 90-100 MPa). Esta solución se adoptó para mantener invariable el espesor del anillo en
tramos del túnel en los que la carga transferida por el terreno era mucho más elevada y se
requeriría un tratamiento del terreno o un aumento significativo del espesor del anillo (Della
Valle y Castellví, 2016).
En ambientes agresivos también puede ser necesario utilizar cementos y áridos
especiales para resistir a los posibles ataques químicos del agua o del terreno.
Sin embargo, debe quedar claro que, además de una alta calidad del hormigón, también
se debe asegurar una alta calidad de los procedimientos de preparación e instalación de los
elementos prefabricados para la obtención de un producto final excelente.
2.5.3. Refuerzo
En la actualidad hay dos sistemas de armado de dovelas, uno con varillas de acero y el
otro con fibras metálicas. También se puede utilizar una combinación de ambos.
En muchos proyectos se utilizan varios tipos de refuerzo de anillos en función de las
solicitaciones previstas del terreno y de otros factores como la presencia de conexiones al
exterior que requieran la apertura del anillo.
2.5.3.1. Barras de acero
El sistema más utilizado sigue siendo el de las varillas de acero fy = 420 – 500 MPa, en
cantidades que, en general, están en un rango de entre 85 a 115 kg/m3
. Cantidades superiores
o inferiores denotan situaciones particulares que suponen condiciones especiales del túnel,
siendo, en la mayoría de los casos, que los anillos de dovelas trabajarán a compresión y la cuantía
de acero está dictada por motivos de producción e instalación y mínima por normas (Blom,
2002).

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Igualmente el armado con barras de acero es aconsejable en caso de fuerzas
importantes de empuje de los escudos y cuando se prevean excentricidades del axil en la dovelas
que provoquen tracciones superiores a la absorbible por el concreto.
2.5.3.2. Refuerzo con fibras metálicas y combinación barras - fibras
En los últimos años se fue afianzando el uso de fibras de acero para el refuerzo del
concreto, solo o acoplado con una cantidad de armadura convencional mínima adoptada para
tomar los esfuerzos de instalación y empuje. La posibilidad de combinar fibras metálicas con
barras (Figura 20) se refleja ahora en normativas como el Model Code, que ya introdujo el
“material compuesto” indicando reglas para el cálculo estructural (Della Valle y Castellví, 2016).
Figura 20 – Armado de una dovela mixta.
En general, la cuantía de fibras varía entre 35 y 45 kg/m3, pudiendo variar en función
del tipo de fibra (relación longitud/diámetro) y de la resistencia de la pasta del concreto. En el
caso de armadura mixta, un valor medio es de 35 kg/m3
de varillaje y de 25 a 35 kg/m3
de fibras.
Actualmente, el desarrollo de geometrías más eficientes y el adopción de nuevos materiales
como aceros tratados está permitiendo mejorar la eficiencia de las fibras y por ende las
características final del concreto (Della Valle y Castellví, 2016). La práctica confirmó que para
poder armar las dovelas exclusivamente con fibras la relación de esbeltez debe de ser menor
que 10 (Figura 21).
Figura 21 – Relación de esbeltez en dovelas.
Por esta razón, en el caso de querer utilizar exclusivamente fibras metálicas, es
necesario prever dovelas de menor desarrollo es decir, más dovelas por anillo, con su
correspondiente aumento en el tiempo de colocación y de metros de juntas en el túnel. Por otro

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lado, la utilización de fibras metálicas confiere importantes beneficios estructurales y de
durabilidad que hacen muy ventajosa su adopción (Della Valle y Castellví, 2016).
2.5.4. Geometría
En los últimos años, en casi todas las obras se utilizan para el revestimiento de manera
sistemática los anillos del tipo universal, con una conicidad conforme al radio máximo de trazado
y suficiente para corregir las irregularidades de guiado de los escudos (Della Valle y Castellví,
2016).
Los anillos de dovelas hexagonales y de caras paralelas (Figura 22) son ya muy poco
usados debido a las tolerancias de instalación que no permiten en la mayoría de los casos un
apropiado cierre de las juntas entre anillos provocando resaltes y cejas no aceptables; por lo
cual su uso se limita a túneles de pequeño diámetro.
Figura 22 – a) Túnel con dovelas hexagonales y b) Esquema de colocación de
dovelas hexagonales.
Según Della Valle & Castellví (2016), dentro de la familia de anillos universales existen
los llamados derecho e izquierdo, que por medio de una simetría geométrica permiten colocar
la llave de cierre (la última dovela a ser instalada) siempre arriba de la mediana del túnel. Es un
tipo de sistema que no tiene razón técnica de ser, aunque algunas administraciones e ingenierías
insisten en requerirlo en los pliegos de especificaciones. En el caso que se quiera seguir
estrictamente provoca atrasos (mayor complejidad logística y necesidad de mayores acopios) o

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problemas de calidad al forzar la llave en posiciones no idóneas, por lo cual en muchas obras se
obvia este requerimiento y se utiliza como un anillo universal “normal”.
2.5.4.1. Forma de las dovelas
En los anillos más utilizados en la actualidad, las dovelas suelen asumir una forma
rectangular o trapezoidal, con una dovela de cierre o clave, siempre trapezoidal tal como se
muestra en la figura 23.
Figura 23 – Forma de las dovelas a) Forma trapezoidal b) Forma rectangular.
Los anillos con dovelas todas trapezoidales tienen las ventajas de un armado más rápido
y de poder prescindir de los tornillos por el efecto de “encastre” de una dovela con la otra.
Además, al tener un contacto reducido en fase de instalación entre los sellos perimetrales,
alcanzan una mejor estanqueidad. Varias líneas de metro se construyeron con este sistema
escudos (Della Valle y Castellví, 2016).
2.5.4.2. Barras de guiado
En las juntas entre dovelas del mismo anillo, también llamadas juntas radiales, es hoy
en día común la interposición de una barra de guiado con una doble función: por un lado, como
su nombre indica, facilita la colocación de las dovelas permitiendo un encaje más preciso y
disminuyendo la aparición de cejas entre dovelas, y por otro lado confiere una cierta resistencia
al cizallamiento a la junta debido a la interposición de un elemento mecánico, como una
“chaveta”, que impide el movimiento recíproco. Como resultado, al permitir el centrado de las
dovelas, mejora la estanqueidad permitiendo un mejor ajuste de los sellos de goma. El único
inconveniente es que su interposición reduce el área de contacto entre dovelas, por lo cual no
es aconsejable adoptarla en situaciones de axiles muy altos comparados con el ancho de la junta,
debiéndose de incluir una comprobación que considere esta reducción en la superficie de
contacto.
En la figura 24 se muestra el esquema de una junta con barra de guiado, y en la figura
25 se muestran dos dovelas con barra de guiado.

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Figura 24 – Esquema de una barra de guiado de las dovelas.
Figura 25 – Dovelas con barras de guiado y conectores, sin orificios para pernos.
2.5.5. Conexiones
Para la instalación del anillo de dovelas, de por si una estructura inestable y totalmente
articulada, es necesario proveer conexiones entre dovelas y entre anillos para asegurar su
correcta instalación y estabilidad hasta que no esté firmemente bloqueada por el terreno de
alrededor.
2.5.5.1. Uniones entre dovelas
Para la unión entre dovelas del mismo anillo es todavía de uso común utilizar tornillos
de longitud adecuada, que igualmente tienen una función temporal y pueden ser retirados una
vez que el relleno del gap anular haya endurecido. Los tornillos son en general dimensionados
para poder mantener los sellos comprimidos y satisfacer así los requerimientos de
impermeabilidad a corto plazo, y para mantener en posición las dovelas en caso de errores de
operación durante el armado del anillo en el escudo (Della Valle y Castellví, 2016).
Como indicado anteriormente, es posible prescindir de los tornillos adoptando una
forma de las dovelas trapezoidal.

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En la figura 26 se puede apreciar las dovelas y juntas, tanto como los conectores y sellos
para juntas circunferenciales (packers).
Figura 26 – Dovelas con barras de guiado y conectores, sin orificios para pernos.
2.5.5.2. Uniones entre anillos
El sistema tradicional de unión sigue siendo el de los tornillos, pero se está afirmando
cada vez más el uso de conectores que trabajan tanto a cortante como a tracción, permitiendo
un total reemplazo de los tornillos con ventajas sobre el tiempo de armado del anillo. Además,
como sirven de guiado en el sentido transversal, son un excelente auxilio en fase de colocación
(Della Valle y Castellví, 2016).
En el pasado fue de uso común adoptar juntas de los anillos con encajes para transmitir
cortante, pero esto generaba problemas por ser una estructura demasiado rígida. Hoy en día se
prefieren caras planas y demandar la rigidez a los conectores.
La resistencia a cortante de estos conectores puede ser muy alta, pudiéndose utilizar
para rigidizar los anillos y permitir así la apertura de las paredes del túnel. Efectivamente en
túneles construidos con tuneladora, la construcción de ciertos elementos como las galerías de
conexión entre túneles exigen la demolición parcial de algunos anillos (Figura 27).
Figura 27 – Disposición de superconectores/shear keys alrededor de una apertura
en los anillos y detalles.

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Durante el proceso constructivo se deben disponer elementos que sean capaces de
absorber los esfuerzos axiales hasta la construcción del dintel definitivo. En estos casos, si se
quieren evitar las pesadas estructuras de acero tradicionales se pueden utilizar los shear keys o
los superconectores.
Es importante destacar que la combinación de conectores, barras de guiado y juntas
inclinadas permite eliminar completamente la necesidad de cajetines internos, por lo cual
mucho se mejoran las condiciones de las paredes del túnel, tema especialmente importante
para túneles hidráulicos donde unas dovelas completamente lisas y sin resaltes presentan
menor resistencia al flujo del agua.
2.5.6. Estanqueidad
El revestimiento del túnel con dovelas prefabricadas presenta una gran cantidad de
juntas que son vías de posible entrada de fluidos (agua, gas) desde el macizo al interior o
viceversa. En la mayoría de los casos, pero no siempre, es deseable mantener el túnel seco y
evitar cualquier intercambio de fluidos entre el interior y el exterior, por lo cual es preciso
instalar en las juntas entre dovelas y anillos un sistema de sellado, lo que en un túnel en
convencional sería un water-stop (Della Valle y Castellví, 2016).
El sistema más utilizado en la actualidad es interponer entre dovelas un sello de goma
sintética EPDM (ethylene propylene diene monomer). Este tipo de goma consigue mejor
resistencia al calor, al ozono, a algunos ataques químicos y a la intemperie que otras gomas, y
por eso es la más utilizada en túneles.
Según Della Valle y Castellví (2016), en general, en el borde exterior de cada dovela se
coloca un sello en EPDM de un ancho comprendido entre 26 y 33 mm (en casos particulares se
aplican sellos de ancho mayor). Cuando éste se comprime con una fuerza entre 40 a 60 kN/m
alcanza una resistencia al paso del agua que va desde 4 a 20 bares o más, dependiendo de su
configuración geométrica y de la dureza de la junta. Para mejorar aún más la resistencia al paso
del agua, algunos proyectistas diseñaron dovelas con doble sello en EPDM, uno en el intradós y
el otro por el extradós.
En algunos casos, como medida adicional, en el pasado, se colocaba una segunda junta
hidro-expansiva, por el intradós del anillo, para interceptar posibles entradas de agua en caso
de fallo del sello principal. Este sistema tiene su límite en el hecho de que este tipo de junta, al
hincharse con el agua, si no está muy bien confinada se extrude y pierde totalmente su eficacia.
Por esta razón en la actualidad se utilizan sellos compuestos con EPDM y material hidrofílico
(Figura 28) donde éste se confina para que pueda desarrollar su función de manera apropiada.

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Figura 28 – Sello con inserto hidrofilico confinado (Datwyler).
Para colocar el sello en las caras perimetrales de las dovelas en general se moldean unas
ranuras donde, una vez extraída desde el molde, se pega el sello. Este sistema presenta el
inconveniente de que durante el trasporte o la colocación, la junta de estanquidad se despegue
y pierda por completo su funcionalidad. Por esta razón se está afirmando una nueva tecnología
que permite colocar la junta en el mismo molde y hormigonarla in situ (Figura 29), para que
quede firmemente englobaba dentro de las dovelas.
Figura 29 – Sello anclado en el hormigón (Datwyler).
Con este sistema los problemas de desplazamiento de la junta hasta la colocación
quedan solucionados.
Recientemente se desarrollaron sellos anclados únicamente en su parte central (Figura
30). Con estas nuevas soluciones se pretende conservar las ventajas constructivas que ofrece el
empotramiento corrigiendo el mayor inconveniente del sello empotrado: la debilidad que
induce en el hormigón si no se mantiene suficiente distancia con el exterior de la dovela.
Figura 30 – Sello Trelleborg con un único anclaje al hormigón.

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2.5.7. Colocación del anillo de dovelas
Todos los sistemas actuales de instalación de dovelas, están relacionados con la
conexión precisa en las articulaciones entre anillos y en las juntas radiales, mediante conectores
y barras de guiado. Se requieren ambos elementos para garantizar una buena calidad del
revestimiento, evitando desajustes importantes, así como cejas.
Reducir estos desajustes, permite ampliar en ancho de las juntas, ya que se considera
que una correcta instalación garantiza el sellado de las mismas, resultando en una mayor
seguridad frente a las fugas (D2 Consult International, 2013)
Debido al uso del anillo universal, se tiene que sólo existe una configuración de anillo
cónico utilizando para todas las direcciones de conducción. Esto requiere que todas las
rotaciones entre 0 y 360 grados sean posibles, lo que significa que también la dovela llave puede
tomar cualquier posición alrededor de la circunferencia, también la ubicación en la parte
inferior.
La reducción de restricciones para poder colocar la llave en cualquier lugar de la
circunferencia, requiere una conexión individual de todas las dovelas entre los anillos. Con el
uso de un sistema adecuado de conectores, es posible.
Por tanto, con el anillo universal y este sistema de conectores y barras de guiado, se
colocan de tal manera que el erector necesita desplazarse solamente en una dirección (Figura
31).
Figura 31 – Movimiento del erector para la colocación de la dovela trapezoidal, con
un único movimiento.

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En cambio para dovelas rectangulares, se requieren dos movimientos para la correcta
instalación (Figura 32).
Figura 32 – Movimiento del erector para la colocación de la dovela rectangular,
que requiere dos movimientos.
Todos los proyectos realizados, que utilizan juntas radiales oblicuas, se construyeron
satisfactoriamente en términos de estanqueidad, precisión y prácticamente sin desajustes ni
cejas entre dovelas, en definitiva, con grandes rendimientos.
También es necesario destacar que existen ciertas posiciones del anillo permitidas, y
otras no permitidas, ya que algunas producen demasiadas juntas en cruz (cuando la junta radial
y la junta circunferencial coinciden en un mismo punto).
Por tanto, una vez definido el anillo, es necesario estudiar en que posiciones se puede
instalar, y en cuáles no, para evitar que no se dé ninguna junta en cruz, y poder garantizar la
estanqueidad del túnel. A continuación se muestran (tanto para dovelas rectangulares como
para romboidales), un estudio de las posiciones permitidas y no permitidas para cada una de
ellas (D2 Consult International, 2013).
A continuación, en las figuras 33 y 34, se pueden observar las posiciones no permitidas
por producir juntas en cruz.

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Figura 33 – Posiciones no permitidas de anillo con juntas radiales oblicuas, por
generar juntas en cruz.
Figura 34 – Posiciones no permitidas de anillo con dovelas rectangulares, por
Las posiciones permitidas que no generan ninguna junta en cruz se muestran en las
figuras 35 y 36.
Figura 35 – Posiciones no permitidas de anillo con juntas radiales oblicuas, por

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