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Gestión de los excedentes de excavación en grandes túneles

DCRI de La Cortina Túneles de Pajares. LAV León-Asturias. Variante de Pajares.

La ejecución de grandes túneles de base supone, además de un gran desafío técnico y económico, un importante reto medioambiental, en cuanto a la gestión de los excedentes de excavación se refiere. La ventaja que supone que gran parte del trazado discurra bajo tierra no debe verse mermada por el principal impacto derivado de este tipo de actuaciones, como es la formación de grandes depósitos controlados con los residuos inertes procedentes de la excavación. Este artículo pretende abordar, desde un punto de vista técnico y paisajístico, estas obras singulares. Este es el caso del depósito controlado de residuos inertes de La Cortina, que se ejecutó durante la excavación de los túneles de Pajares, pertenecientes a la línea de Alta Velocidad León-Asturias. 

Palabras clave Depósito controlado de residuos inertes, túneles de base, línea de Alta Velocidad, auscultación, integración medioambiental. 

The execution of large base tunnels involves, in addition to a great technical and economic challenge, an important environmental challenge, as far as the management of the excavation materials is concerned. The advantage that a large part of the route runs underground should not be diminished by the main impact derived from this type of works, such as the formation of large controlled deposits with the inert waste from the excavation. This article aims to approach these singular works from a technical and aesthetic landscape point of view. This is the case of the controlled deposit of inert waste of La Cortina, which was executed during the excavation of the Pajares tunnels, belonging to the Leon-Asturias High Speed Line. 

Keywords Controlled deposit of inert waste, base tunnels, High Speed line, auscultation, environmental integration. 

José María Jiménez Sánchez

Subdirector de Construcción (Adif AV).

Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos. 

Nevada en un bosque cercano al puerto de Pajares. © Archivo Efe / Alberto Morante.

La construcción de líneas de Alta Velocidad continúa suponiendo un reto para la ciencia y las sociedades humanas, a pesar del enorme progreso experimentado en todos los ámbitos relacionados con las obras de ingeniería civil durante los últimos 30 años, que son los que prácticamente han trascurrido desde la puesta en servicio de la primera línea de Alta Velocidad en España (LAV Madrid-Sevilla, inaugurada el 12 de abril de 1992).

Uno de los mayores retos asociados a la construcción de este tipo de infraestructuras es el aseguramiento de la calidad medioambiental, por la relevancia que tienen en la fase de diseño los condicionantes medioambientales, así como por las exigencias de trazado de este tipo de líneas (radios de curva entre 4.000 y 7.500 m y pendientes que oscilan entre las 14 y 25 milésimas, generalmente). Todo ello, sumado a la compleja orografía española y a las numerosas áreas con alto valor ecológico distribuidas a lo largo de nuestro territorio, hace que este tipo de actuaciones requieran un tratamiento especial en cuanto las medidas a implantar para la preservación del medioambiente.

En este sentido, cobra especial importancia la ejecución de túneles de gran longitud, ya que, además del desafío que supone su construcción y el grado de incertidumbre derivado de las complejidades que puedan surgir en un macizo que aún está por explorar, el excedente de tierras que se genera puede alcanzar volúmenes tan importantes que requerirá de actuaciones colosales para su gestión. Este, sin duda, es el caso de los túneles de Pajares (de casi 25 km de longitud), pertenecientes a la LAV León-Asturias, comúnmente conocida como Variante de Pajares, cuya perforación ha supuesto la generación de unos 7 millones de metros cúbicos de material procedente de la excavación.

Puesto que de los 50 km de longitud que tiene la Variante de Pajares, más del 85 % del trazado discurren en túnel o viaducto, no es posible ningún tipo de aprovechamiento del excedente de material, siendo necesario recurrir a la formación de depósitos controlados de residuos inertes (DCRI) para albergar dichos materiales. Los materiales procedentes de la excavación de los túneles de Pajares han sido depositados en tres DCRI, dos de ellos en la vertiente leonesa, el de Valdepuerco y el de Buiza, con 2,4 y 2 millones de metros cúbicos de capacidad, respetivamente, y un tercero en Asturias, el DCRI de La Cortina, con 2,3 millones de metros cúbicos de capacidad.

El objetivo de este artículo es resaltar la importancia que ha supuesto la ejecución del DCRI de La Cortina, que por su entidad podría tratarse de una obra totalmente independiente, y la complejidad que ha entrañado su ejecución, debido fundamentalmente a los condicionantes medioambientales, por su emplazamiento en las proximidades de un entorno natural de alto valor ecológico, como es el LIC de Peña Ubiña.

Túneles de Pajares. LAV León-Asturias

El proyecto de la variante ferroviaria de Pajares, que abarca el tramo comprendido entre las localidades de La Robla (León) y Pola de Lena (Asturias), nace por la necesidad de mejorar el enlace ferroviario existente entre Asturias y la Meseta, una línea de vía única electrificada, de difícil trazado, con una velocidad media de 60 km/h y cuya construcción data de finales del siglo XIX (el 15 de agosto de 1884, S.M. el Rey D. Alfonso XII inauguraba la línea en la localidad leonesa de Busdongo).

La nueva variante ferroviaria, de 50 km de longitud, supone un avance importante porque reduce en 33 km el trazado existente, entre las localidades de La Robla y Pola de Lena, y cruza la cordillera Cantábrica mediante los túneles de Pajares, dos tubos gemelos de vía única con una longitud aproximada por tubo de 24.600 m, una pendiente constante de 16,8 milésimas y una distancia entre ejes de 50 m. Cada tubo tiene una sección libre de 52 m2, que permite la circulación de trenes a velocidades máximas de 250 km/h en el interior de los mismos.

Se han realizado 6 ataques para la ejecución de los túneles, 4 de ellos directos (2 desde la boca de León y otros 2 desde la boca de Asturias) y 2 intermedios a través de galerías de acceso (Folledo y Buiza). Además, 5 de ellos se han realizado mediante el empleo de equipos de excavación mecanizada a sección completa (máquinas tuneladoras) y el último, mediante el empleo de métodos convencionales (galería de Folledo).

Dada la complejidad geológica y morfológica del macizo atravesado, los materiales obtenidos de la excavación de los túneles han sido de naturaleza muy diversa. En la zona del corredor de los túneles de Pajares se encuentran materiales que conforman una secuencia muy completa del Paleozoico, donde los procesos hercínicos y la dinámica orogénica modelaron dichos materiales, confiriéndoles una baja calidad geomecánica, fundamentalmente en la vertiente asturiana de los túneles. Los materiales que constituyen el perfil geológico de los túneles de Pajares se agrupan en formaciones que, según su naturaleza litológica, se pueden clasificar en los siguientes grupos:

  • Formaciones pizarrosas y pizarrosas-areniscosas: Se trata de materiales con baja calidad geomecánica, mejorando la misma a medida que aumenta la presencia de arenisca en la matriz pizarrosa.
  • Formaciones areniscosas y cuarcíticas: Son formaciones con mejor calidad geomecánica, que se ve penalizada en función del grado de tectonismo y microfracturación de la matriz rocosa.
  • Formaciones carbonatadas: Son las que mejores características geotécnicas han presentado de todos los terrenos atravesados, con la singularidad de que han llevado asociados importantes fenómenos de carstificación.

Toda esta variedad de materiales es la que ha conformado el DCRI de La Cortina, lo que ha supuesto una dificultad añadida en su gestión, ya que durante su ejecución ha sido necesario un proceso de selección, tratando de ubicar los materiales de mejor calidad geomecánica en el pie del depósito, para así favorecer la estabilidad del mismo.

Vista panoramica del DCRI de La Cortina
Esquema de la futura Variante de Pajares y la línea actual.
DCRI de La Cortina

Caracterización del emplazamiento

Los excedentes de material de la boca norte de los túneles de Pajares (vertiente asturiana, tramo Viadangos-Telledo) se han almacenado en el DCRI de La Cortina, cuya localización fue ya definida y aprobada por la Declaración de Impacto Ambiental sobre el “Estudio Informativo del Proyecto del Nuevo Acceso Ferroviario a Asturias. Variante de Pajares”, formulada en el año 2002 por el Ministerio de Medio Ambiente.

El DCRI de La Cortina, situado próximo a dicha localidad (entre los pueblos de Espinedo y Telledo), se encuentra a una distancia aproximada de 1.800 m del emboquille de los túneles, estando delimitado al sur por la autopista A-66: Campomanes-León, y al norte, por la carretera LE-8 en el P.K. 8+700. Se ubica en una vaguada que discurre perpendicularmente al cauce del río Huerna, con una superficie total para el vertido de los materiales de 145.614 m2 y una capacidad prevista de 3.125.000 m3. No obstante, una vez finalizadas las obras, el volumen total almacenado ha sido de 2.304.500 m3, alcanzándose una cota aproximada de 830 metros.

Para la completa definición de la ubicación del depósito, en primer lugar se llevó a cabo un estudio de viabilidad de la ejecución del mismo, realizando un completo reconocimiento de la zona de emplazamiento. En este sentido, se perseguían dos objetivos básicos: por un lado, estudiar la posible afección del nuevo DCRI al terraplén existente perteneciente a la autovía A-66, sobre el que inicialmente estaba previsto apoyarse y, por otro, la elaboración de una cartografía geológica de detalle, con indicación de los puntos de afloramiento de agua y zonas de escorrentía superficial. En cuanto a la caracterización geológica de la vaguada de implantación, se identificaron tres unidades litológicas:

  • Relleno antrópico: Fundamentalmente perteneciente a los rellenos y antiguos vertederos de la autovía A-66.
  • Depósito coluvio-eluvial: Constituido por limos con gravas de lutita y arenisca y bloques dispersos de arenisca.
  • Sustrato rocoso del Carbonífero: Bajo los depósitos coluvio-eluviales, se sitúa el sustrato rocoso constituido por limolitas y argilitas, con intercalaciones de arenisca y caliza. Figura 5. 

Como consecuencia de dicho estudio, finalmente se establecieron los siguientes condicionantes para la fase de ejecución:

  • No se debía afectar al terraplén de la A-66 ni a su obra de drenaje transversal, aunque sí cubrir el antiguo vertedero existente de la A-66, cuya restauración estaba contemplada dentro de las medidas compensatorias del proyecto.
  • Se debían prever tratamientos específicos de saneo y drenaje en zonas encharcadas, mediante la disposición de cordones de pedraplén, a modo de espina de pez.
  • En los rellenos a media ladera se debían disponer bermas escalonadas para asegurar una mejor trabazón con el terreno natural.

Fases previas a la formación del DCRI

La ejecución el DCRI comenzó con el desarrollo de una serie de tareas previas, encaminadas a asegurar la estabilidad del emplazamiento de los materiales tanto a corto como a largo plazo. Esta actuación se llevó a cabo en tres fases:

  • Fase 1. Retirada de la tierra vegetal. Tiene una doble finalidad: por un lado, su posterior aprovechamiento para la restauración medioambiental y, por otro, por su baja capacidad portante, es necesario su eliminación en el cimiento del relleno.
  • Fase 2. Control de nivel freático. En primer lugar, se llevó a cabo la construcción de las cunetas perimetrales de guarda, evitando la entrada del agua de escorrentía al interior de la vaguada y, en segundo lugar, se ejecutaron drenes franceses en las zonas encharcadas, con deficientes condiciones de drenaje.
  • Fase 3. Refuerzo del cimiento. Para garantizar la estabilidad del relleno, se ejecutó una gran escollera (roca con pesos superiores a los 1.000 kg y resistencias a compresión simple superiores a los 700 kg/cm2) en el pie del depósito, cimentada sobre el sustrato rocoso. 

Formación del DCRI 

Una de las singularidades de esta obra es el condicionado medioambiental que contemplaba la Declaración de Impacto Ambiental en su apartado 9 “Localización de vertederos, posibles préstamos e instalaciones auxiliares”, donde se indicaba lo siguiente: 

“La Cortina. Dado su enorme volumen (3,1 mm3)), y que su acceso requiere el paso por zonas de alta naturalidad, se dispondrán sistemas de transporte por cinta desde la carretera LE-8 (evitando por tanto el paso por La Cortina), que eviten el constante trasiego de camiones. Se procurará evitar la ocupación de la zona de la vaguada ocupada por vegetación arbórea (C3 del «Informe de vertederos. Ampliación»)”. 

Por este motivo, fue necesario diseñar un sistema de transporte de tierras mediante cintas transportadoras, con una capacidad de 2.000 t/h y unos 1.800 metros de longitud, que es la distancia desde la boca de los túneles hasta el DCRI. En su trazado, había 3 puntos de intersección con la carretera LE-8 y otro con el río Huerna, que fueron resueltos mediante una estructura tubular, evitando así la caída accidental de material y generando una protección adicional de carácter acústico. La cinta transportadora discurría por la vaguada hasta llegar al pie del vertedero, y durante su formación se fue prolongando en sucesivos tramos, hasta alcanzar la coronación del mismo. 

Una vez depositado el material por la cinta transportadora en el acopio de la vaguada del DCRI, el transporte en su interior se ejecutó con dúmperes articulados, capaces de transportar hasta 40 t (28 m3), circulando en dos pistas independientes para cada sentido de circulación, una de subida y otra de bajada, garantizando así la seguridad en los recorridos. 

El método empleado para la formación del depósito controlado ha sido el de fases superpuestas y retranqueadas, donde se han ido formando sucesivas bancadas ascendentes mediante el empleo de bermas. Para obtener un talud medio con una pendiente 2H:1V en el DCRI, se han ejecutado las bermas con talud 1(H):1(V) de 5 metros de altura y anchura. Los 5 metros de altura del bancal se han obtenido mediante sucesivas tongadas de 30 cm de espesor, con una compactación del 95 % del proctor de referencia, mediante rodillo compactador. 

Vista panorámica de la vaguada de implantación del DCRI de La Cortina.
Caracterización geológica de la vaguada del DCRI.
Croquis de la escollera de pie del DCRI y de un dren francés.

Auscultación del depósito controlado de residuos inertes 

Para un correcto seguimiento de la formación de un DCRI de gran volumen, como es el caso del de La Cortina, es necesario implantar un sistema de auscultación del mismo, de tal forma que se puedan detectar posibles movimientos en su fase más incipiente, con objeto de poder actuar a tiempo en caso de ser necesario. 

En este caso concreto, en el DCRI de La Cortina se optó por la implantación de un doble sistema de medida, uno superficial, mediante la colocación de más de 30 hitos de nivelación, que permitían detectar (mediante mediciones topográficas) desplazamientos verticales y horizontales en la superficie del relleno, y otro en profundidad; para ello, se ejecutaron 10 inclinómetros distribuidos en diferentes zonas del relleno, consiguiendo de esta forma detectar movimientos en el interior del mismo. Los inclinómetros se empotraban al menos 10 metros en el sustrato rocoso, con el objetivo de garantizar 

un punto fijo en el fondo de la perforación, llegando a ejecutarse inclinómetros de hasta 77 metros de longitud. De manera general puede afirmarse que el relleno mantuvo su condición de estabilidad, detectándose no obstante, en algunos de los inclinómetros desplazamientos del orden de 10 mm/mes, que fueron estabilizados mediante una campaña de drenes horizontales para aliviar la presión intersticial en el interior del relleno.

Vista panoramica del emboquille Norte y del trazado de la cinta trasportadora.
Zona de acopio de material procedente de la cinta trasportadora y carga en dúmper.

Medidas de control e integración medioambiental

Una de las problemáticas más importantes que presentaba la formación del depósito controlado era la escorrentía superficial que se produciría en la vaguada durante los episodios de fuertes precipitaciones, ya que, debido a su gran superficie, las aguas de escorrentía arrastrarían gran cantidad de sólidos en suspensión, con riesgo de afección a los cauces próximos.

Para solucionar esta problemática, previamente al inicio de los trabajos, se ejecutó en el pie del depósito un sistema de recogida y tratamiento de depuración de las aguas de escorrentía, mediante balsas de decantación. La instalación estaba compuesta por un primer tanque de tormentas, con capacidad para recoger el caudal que se producía durante los primeros minutos de la precipitación, posibilitando una cierta regulación del caudal de entrada en las balsas de decantación. De ese tanque de tormentas, mediante bombeo forzado o por rebose, el agua se conducía a las dos balsas situadas en paralelo, en donde se llevaba a cabo el proceso de decantación, favorecido mediante la adición de coagulantes y floculantes, al mismo tiempo que se realizaba un tratamiento de corrección de pH mediante parrillas de CO2, colocadas en la solera de las balsas. Mediante este tratamiento de depuración de las aguas, se conseguía reducir la concentración de sólidos en suspensión a los valores marcados por la Confederación Hidrográfica del Norte, en su correspondiente autorización de vertido (SS < 35 mg/l), garantizando así que la aportación de dicho caudal al río Huerna no generaba un impacto significativo en la calidad de las aguas.

Por último, con objeto de reducir el impacto paisajístico, se llevaron a cabo medidas de integración ambiental, consistentes en el extendido de la cubierta vegetal en toda la superficie del depósito, así como la revegetación de la misma. La técnica de implantación de vegetación utilizada en toda el área del depósito fue la hidrosiembra, mediante la proyección sobre el terreno de una mezcla homogénea de semillas, mulch, fijadores, fertilizantes, aditivos y agua. En cuanto a la plantación de arbustos y árboles, se seleccionaron especies autóctonas concordantes con el entrono para favorecer la integración. Se consideraron densidades aproximadas de plantación de arbustos de 1 ud/m2 y de árboles 1 ud/12 m2, llevándose a cabo una plantación total aproximada de 200.000 unidades de arbustos y matorral y 12.000 árboles (superficie del DCRI 145.614 m2). Mediante estas actuaciones se consiguió una total integración del DCRI en el entorno que lo rodea, cercano al Parque Natural de Las Ubiñas, una zona de alto valor medioambiental.

Conclusión

Este artículo pretende abordar, desde una óptica diferente, la complejidad que supone la construcción de un gran túnel, es decir, no desde el punto de vista clásico de la problemática que conlleva el propio proceso de excavación, que sabemos que es abundante y variada, sino del reto que supone gestionar los grandes volúmenes de excedentes que se generan. Es habitual, y en cierto modo comprensible, que los proyectos de construcción focalicen la mayor parte de sus recursos en el desarrollo de la solución de ejecución del propio túnel, estudios geológicos, geotécnicos, cálculos de sostenimientos y revestimientos, instalaciones auxiliares, etc. 

Sin embargo, el hecho de centrar toda la atención en la parte esencial y funcional del proyecto no debe ensombrecer otros aspectos de especial importancia, como es la gestión de los excedentes de excavación, ya que, desde el punto de vista medioambiental, puede llegar a suponer uno de los mayores impactos, al menos a nivel paisajístico.

Se considera, por tanto, necesario que los proyectos de construcción desarrollen al mismo grado de detalle la formación de los depósitos controlados de residuos inertes, no solo desde el punto de vista de su ubicación, que viene ya generalmente definida desde los Estudios Informativos, sino en todo lo relativo a su proceso de construcción. En este sentido, es fundamental contar como punto de partida con unos estudios de caracterización geológica y geotecnia del área de implantación, así como del comportamiento hidrológico (puntos de afloramiento de agua y zonas de escorrentía superficial). Esta información es vital, ya que permitirá diseñar las actuaciones previas de saneo y drenaje, esenciales para garantizar un buen cimiento para el relleno. A partir de ahí, se deben desarrollar el resto de los estudios necesarios; sin pretender ser exhaustivo en su enumeración, destacaría por su importancia los siguientes: instalaciones auxiliares para el transporte del material, dimensionamiento de equipos (humanos y maquinaria) para la gestión del mismo, sistemas de auscultación para el control de movimientos durante el proceso de formación y medias de integración medioambiental.

Vista general de la parte superior del DCRI Extendido de tierra vegetal en las bermas.
Vista general del DCRI finalizado.

Referencias

1

Administrador de Infraestructuras Ferroviarias (2009). “Túneles de Pajares”

2

Ministerio Fomento (2003). “Proyecto Básico de los Túneles de Pajares”

3

Ministerio Fomento (2003). “Proyecto y obra de plataforma de la Línea de Alta Velocidad León-Asturias. Tramo: Túneles de Pajares (Lote 3)”

4

Revista de Obras Públicas (2005), N.º 3460. “Los Túneles de Pajares”

5

Ayala, F. J. y Rodríguez, J. M. (1985). «Manual para el diseño de escombreras y presas de residuos mineros». ITGE. España

6

Cedex (1995). “Curso de Geotecnia de Obras Lineales”. Ministerio de Obras Públicas, Transportes y Medio Ambiente

7

López Jimeno, C. (1999). “Manual de estabilización y revegetación de taludes”. ETSIM Universidad Politécnica de Madrid

8

Tiktin, J. (1997). “Procedimientos generarles de construcción. Movimiento de tierras”. 3.ª edición. ETSI de Caminos, Puertos y Canales. Madrid