¿Cómo se construye un túnel submarino?

Aún así, durante la mayor parte de nuestra historia de excavación de túneles, nos las hemos arreglado para salir adelante con ingenio. Los humanos han excavado túneles desde que los primeros habitantes de las cavernas decidieron excavar un dormitorio adicional, y los elementos esenciales de excavación, apoyo y avance estaban bien refinados cuando los antiguos griegos usaban túneles para regar y drenar sus tierras de cultivo [fuentes: Lane ; Browne ].

Los túneles submarinos también son sorprendentemente antiguos. En algún momento entre 2180 y 2160 a. C., los babilonios construyeron uno de los primeros ejemplos conocidos al desviar el río Éufrates. El túnel de 900 metros (3,000 pies) revestido de ladrillo y sostenido por un arco, que medía 4 metros por 5 metros (12 pies de alto por 15 pies de ancho), proporcionaba un paso para peatones y carros entre el palacio real y el templo [fuentes : Carril ; Browne ].

Durante siglos, los túneles fueron empleados principalmente por mineros y zapadores medievales, que cavaron debajo de los muros de los castillos para derrumbarlos (de ahí el término "socavar"), pero la llegada del transporte por canales y, más tarde, los ferrocarriles, dio a los trabajadores algo nuevo para hundir sus palas en. Los siglos XVIII, XIX y XX vieron una sucesión de proyectos de túneles cada vez más desafiantes, hechos posibles gracias a las grandes mejoras en las técnicas de topografía y ventilación. Aun así, el peligro y los gastos retrasaron los intentos de excavación de túneles submarinos hasta mediados del siglo XIX [fuente: Lane ].

Lo que plantea la pregunta: si los túneles submarinos corren el riesgo de cavar su propia tumba, literal o financieramente, ¿por qué molestarse? Muchos urbanistas están de acuerdo y recurren a los túneles solo cuando los puentes congestionados alcanzan una capacidad de asfixia. Sin embargo, los puentes también son problemáticos. Interfieren con el tráfico marítimo, ocupan valiosas propiedades frente al río y bloquean las vistas panorámicas. Desde el punto de vista de la defensa, los puentes son objetivos fáciles de ataques aéreos y pueden constituir peligros si se derrumban [fuente: Hewett ].

Los túneles, por el contrario, resisten las mareas, las corrientes y las tormentas mejor que los puentes, pueden alcanzar distancias más largas y tienen una capacidad de carga prácticamente ilimitada. Además, el costo por longitud de un túnel disminuye a medida que se hace más largo, mientras que para los puentes ocurre lo contrario. Si bien los túneles requieren una inversión inicial mayor, los puentes compensan la diferencia en los costos de mantenimiento [fuentes: Everglades Economics ; Hewett ].

Pero no tengamos una visión de túnel. No hay duda de que los pasajes debajo de la tierra y el mar enfrentan vulnerabilidades de seguridad y problemas de seguridad particulares. Los incendios y los accidentes plantean graves amenazas en los túneles, razón por la cual los túneles ferroviarios incluyen pasajes de cruce donde los trenes pueden cambiar de vía, junto con túneles de servicio que pueden servir como rutas de escape de emergencia [fuentes: Chan ; JR-Hokkaido ; WGBH ].

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

1. Puente (bajo) aguas turbulentas
2. Gusanos de barco de tamaño inusual
3. Dejar que se hunda

Al profundizar en cualquier proyecto de construcción extraordinario , algunas preguntas asoman inmediatamente la cabeza: ¿Qué propuesta se clasifica como la más grande, la más profunda o la más peligrosa de construir? Con los túneles submarinos, estas preguntas desafían las respuestas simples. Ciudades y países encargan constantemente nuevos proyectos. En cuanto a las estadísticas vitales, el diablo está entre los detalles y el mar azul profundo.

Por ejemplo, el túnel Seikan que conecta las islas japonesas de Honshu y Hokkaido actualmente tiene el récord del túnel ferroviario submarino más largo y más profundo. Japón comenzó a planificarlo después de que un tifón de 1954 hundiera cinco transbordadores en el peligroso estrecho de Tsugaru, matando a 1430 personas [fuentes: WGBH ].

Completado en 1988, el Túnel Seikan se extiende 54 kilómetros (33,5 millas) y alcanza una profundidad de 240 metros (787 pies), pero su parte submarina de 23,3 kilómetros (14,5 millas) queda eclipsada por la del Túnel del Canal, o Chunnel, entre el Reino Unido y Francia. Terminado en 1994, la parte submarina del Chunnel representa 24 de sus 31 millas totales (38,6 de 50 kilómetros) pero se sumerge a solo 246 pies (75 metros) de profundidad [fuentes: ASCE ; chan ; Sabio ].

En lo que respecta a los turcos, ambos túneles están mojados en comparación con el Túnel Marmaray de $3.300 millones que finalmente se abrió al público en 2013. Sus 13,2 kilómetros (8,25 millas) de vía férrea, incluido un túnel de 1.400 metros (4.600 pies) ) se extienden a través del lecho marino del Bósforo: conectan las mitades asiática y europea de Estambul, lo que lo convierte en el primer túnel ferroviario que conecta dos continentes [fuentes: Sweeney ; Sabio ].

¿Qué tiene de bueno un túnel submarino de menos de una milla en comparación con los túneles Seikan y Channel de varias millas? Es una diferencia de enfoque: mientras que sus predecesores respectivamente volaron y perforaron pasajes a través de roca sólida, el Túnel Marmaray se ensambló, pieza por pieza, en una zanja a lo largo del fondo del Bósforo, lo que lo convierte en el túnel de inmersión más largo y profundo jamás construido. Los ingenieros eligieron esta solución, que emplea secciones preensambladas conectadas por placas de acero reforzadas con caucho , flexibles y gruesas, para lidiar mejor con la actividad sísmica regional [fuentes: JR-Hokkaido ; sweney ; Sabio ].

Durante un tiempo, los artefactos culturales e históricos encontrados en toda la ciudad vieja de Estambul retrasaron el progreso de la excavación del túnel Marmaray, por lo que el túnel Øresund de 3,6 kilómetros (2,2 millas) que conecta Suecia y Dinamarca siguió siendo el túnel de tubo sumergido más grande jamás construido. Los contratistas lo construyeron a partir de 20 elementos que miden 577 pies (176 metros) cada uno, cada uno ensamblado a partir de ocho secciones más pequeñas de 72 pies (22 metros) [fuentes: Landler ; Proyecto Marmaray ; PERI GmbH ; Sweeney ].

Entre túneles sumergidos como Marmaray y Øresund, y túneles perforados como el Chunnel, casi hemos cubierto el paseo marítimo. Pero profundicemos un poco más en cada uno y examinemos otro método de excavación de túneles utilizado desde principios del siglo XIX.

¿Llamas a eso un túnel?

Un túnel es técnicamente un pasaje excavado completamente bajo tierra. Muchos de los tubos subterráneos que consideramos túneles (metros, alcantarillado y líneas de agua) son técnicamente conductos porque implican la eliminación temporal de materiales que los recubren. Los túneles son peligrosos, tediosos y costosos de construir, por lo que cuando se trata de tierra suelta y proyectos relativamente poco profundos, los ingenieros a menudo eligen este enfoque de corte y cobertura más barato y efectivo [fuentes: Lane ; Hewitt ].

El enfoque más antiguo para hacer un túnel bajo el agua sin desviar las aguas de arriba se conoce como un escudo de túnel , y los ingenieros todavía lo usan en la actualidad.

Los escudos resuelven un problema común pero desconcertante, a saber, cómo cavar un túnel largo a través de tierra blanda, especialmente bajo el agua, sin que se derrumbe su borde de ataque [fuentes: Descubrimiento de asignaciones; Enciclopedia Británica ; Browne ; Hewitt ].

Para tener una idea de cómo funciona un escudo, imagine una lata de café sin tapa con un fondo afilado que tiene varios agujeros grandes. Ahora, agarrando el extremo abierto, empuja la lata, con la parte inferior hacia adelante, en un poco de tierra blanda y observa cómo la tierra se cuela por las aberturas. En la escala de un escudo real, varios humanos (apodados "muckers" y "sandhogs") se pararían dentro de los compartimentos dentro de la "lata" y quitarían la arcilla o la arena a medida que avanzaba el escudo. Los gatos hidráulicos moverían gradualmente el escudo hacia adelante, mientras que las cuadrillas detrás de él instalaron anillos de soporte de metal, luego los recubrieron con concreto o mampostería [fuentes: Asignación Discovery]; Enciclopedia Británica ; Browne ].

Para contener la filtración de agua de las paredes del túnel, el frente del túnel o escudo a veces se presuriza con aire comprimido. Los trabajadores, que solo pueden soportar períodos cortos en tales condiciones, deben pasar por una o más esclusas de aire y tomar precauciones contra enfermedades relacionadas con la presión [fuentes: Hewitt ; Autoridad Portuaria ].

Los escudos todavía se usan, especialmente cuando se instalan conductos de servicios públicos o tuberías de agua y alcantarillado. Aunque requieren mucha mano de obra, cuestan solo una fracción de lo que cuestan sus primos gigantescos, las máquinas perforadoras de túneles (TBM) [fuentes: Assignment Discovery; Enciclopedia Británica ; WGBH ].

Una tuneladora es un motor de destrucción de varios pisos de altura capaz de masticar roca sólida. En su parte delantera gira un cabezal de corte , una rueda gigante que está erizada de discos rompe rocas e incorpora un sistema de palas para levantar rocas golpeadas y dejarlas caer sobre una cinta transportadora de salida. Detrás del cabezal de corte se balancea un erector , un conjunto giratorio que construye el revestimiento del túnel en la estela de la tuneladora. En algunos proyectos grandes, como el Chunnel, las tuneladoras separadas comenzarán en extremos opuestos y perforarán hacia un punto central, utilizando métodos topográficos sofisticados para mantenerlos en curso [fuentes: Descubrimiento de asignaciones; Coleman et al. ; WGBH ].

La perforación a través de roca sólida crea un túnel en gran parte autosoportado, y las tuneladoras avanzan rápida e implacablemente (algunas máquinas Chunnel pueden perforar 250 pies, o 76 metros, por día). En el lado negativo, las tuneladoras se descomponen con más frecuencia que un Jaguar usado y se manejan mal con roca desgastada, cortada o muy articulada, por lo que no son tan rápidos como se cree [fuentes: WGBH ; WGBH ].

Afortunadamente, las tuneladoras y los escudos no son el único juego disponible.

El avance de Brunel

El escudo de túneles fue inventado por el ingeniero Marc Isambard Brunel, quien se inspiró al ver un gusano de barco (un bivalvo marino) clavar sus placas de caparazón a través de la madera y expulsar aserrín a su paso. Usando su dispositivo, cavó con éxito un túnel bajo el río Támesis de Londres desde 1825 hasta 1843, soportando dos inundaciones importantes y un cierre de siete años cuando el flujo de caja del proyecto se agotó. Brunel y su hijo pasaban casi todas las horas del día en el túnel, a menudo obligados a trabajar desde un bote. Según los informes, la tensión lo llevó a la muerte unos años más tarde [fuentes: Assignment Discovery; Enciclopedia Británica ; Browne ; Hewitt ].

Construir un soporte de acero y mampostería mientras se excava simultáneamente en tierra blanda o roca sólida no es nada fácil, pero tratar de contener un mar bajo el agua es algo que ni siquiera Moses habría intentado. Afortunadamente, gracias al ingeniero estadounidense WJ Wilgus y su invento, el túnel de tubo hundido o sumergido ( ITT ), no tenemos que [fuente: Lane ].

Los ITT no se perforan en la roca o el suelo; se ensamblan en el sitio a partir de piezas prefabricadas del tamaño de un campo de fútbol . Wilgus fue pionero en la técnica cuando construyó el túnel ferroviario del río Detroit (1906-10) que conectaba Detroit, Michigan, con Windsor, Ontario, y desde entonces han sido la técnica preferida para los túneles de vehículos. De hecho, más de 100 túneles de este tipo se construyeron solo en el siglo XX [fuentes: Lane ; Ingeniería Extrema; Proyecto Marmaray ].

Para hacer cada segmento del túnel, los trabajadores ensamblan 30,000 toneladas de acero y concreto, suficiente para un edificio de apartamentos de 10 pisos, en un molde masivo y luego dejan que el concreto se cure durante casi un mes. Los moldes contienen el suelo, las paredes y el techo del túnel, e inicialmente se tapan en los extremos para mantenerlos impermeables mientras se transportan mar adentro. Los pontones de inmersión , grandes barcos que se asemejan a un cruce entre una grúa pórtico y un bote de pontones, hacen el transporte [fuentes: Lane ; Ingeniería Extrema; Proyecto Marmaray ].

Una vez sobre la zanja marina excavada previamente, cada sección del túnel se inunda lo suficiente como para permitir que se hunda. Una grúa baja lentamente la sección a su posición mientras los buzos la guían con precisión a sus coordenadas GPS. A medida que cada nueva sección se conecta a su predecesora, una enorme pieza de goma en su extremo se aprieta y se distiende para establecer un sello. Luego, las cuadrillas quitan los sellos del mamparo y bombean el agua restante. Una vez que se construye todo el túnel, se entierra debajo del relleno y posiblemente se cubre con una armadura de roca [fuentes: Lane ; Ingeniería Extrema; Proyecto Marmaray ].

La construcción de tubo sumergido puede profundizar más que otros enfoques porque la técnica no requiere aire comprimido para mantener el agua a raya. Por lo tanto, las tripulaciones pueden trabajar más tiempo en ellos y en condiciones más tolerables. Además, un ITT puede tomar cualquier forma, a diferencia de un túnel perforado, que sigue la forma de su escudo o tuneladora. Sin embargo, debido a que los ITT solo constituyen la parte del fondo marino o del lecho del río de un sistema de túneles, requieren otros métodos de excavación de túneles para perforar sus entradas y salidas terrestres [fuentes: Lane ; Proyecto Marmaray ; WGBH ]. En los túneles submarinos, como en la vida, se necesitan de todo tipo.

Un túnel transatlántico: ¿Yippee o Yikes?

Si tuviéramos que intentar el túnel transatlántico soñado durante mucho tiempo, un tubo de inmersión flotante, atado a una profundidad ideal de 45,7 metros (150 pies) por cables de tensión ajustable, sería el enfoque más probable. Por supuesto, tal empresa requeriría unas 54.000 secciones del tamaño de un campo de fútbol, ​​utilizando el equivalente a la producción mundial de acero de un año y 225 fábricas de hormigón funcionando a capacidad las 24 horas del día durante 20 años. Eso es antes de llegar a los billones de dólares, miles de trabajadores y numerosos robots y submarinos que se necesitarían para construir en condiciones peligrosas de mar abierto, por no hablar de los problemas de seguridad planteados por el tráfico marítimo y los eventos sísmicos [fuentes: Extreme Engineering; Ingeniería Extrema; Harrison].

Nota del autor: ¿Cómo se construye un túnel submarino?

Al escribir este artículo, solo pude tocar los conceptos básicos de la construcción de túneles submarinos, lo cual es una injusticia comparable a equiparar desactivar una bomba con programar un DVR. En realidad, los peligros involucrados y la precisión requerida en la construcción de un túnel submarino son simplemente asombrosos. Excavar y construir estas maravillas modernas requiere nada menos que una vigilancia constante, una gran adaptabilidad y ajustes minuciosos a las condiciones cambiantes, por no hablar del cuidado que deben tener los trabajadores y los buzos.

Es algo en lo que vale la pena pensar la próxima vez que te encuentres viajando a través de un túnel submarino. Tal vez lo distraiga de los millones de toneladas de tierra o agua que presionan hacia abajo o, si se encuentra en el Túnel Seikan de Japón, del sonido del agua que tintinea a través de las paredes para ser drenada por las bombas a 20 toneladas por minuto.

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