LOS POZOS DEL TÚNEL DEL AVE (1)

En el momento de la planificación de las obras subterráneas de ferrocarril, los pozos de ventilación suelen ser los grandes olvidados. Todo el protagonismo lo centran el túnel y las estaciones si las hay. 

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Ello sucede pese a ser, por si solas, importantes obras la de los pozos de ventilación, comparables en volumen y coste a la construcción de algunos de los aparcamientos subterráneos que se construyen en las ciudades.

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Un ejemplo de ello lo tenemos en las obras del polémico túnel del AVE en la ciudad Condal. Todo el mundo se preocupó del túnel y, finalmente, lo que realmente ha provocado molestias a la ciudad ha sido la construcción de los pozos de ventilación y evacuación de éste.

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Figura 1. Instantánea durante la construcción del pozo situado en el cruce de las calles Mallorca y Padilla. Publicada en El Periódico el 10/7/2.010.

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Figura 2. Instantánea durante la construcción del pozo situado en el cruce de las calles Provença y Bruc. Publicada en ABC el 24/11/2.010.

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Las imágenes presentadas hablan por si solas. La construcción de estos pozos, como es lógico y necesario, han comportado ocupaciones de aceras que han afectado a los comercios, desvíos de tránsito en importantes calles, las molestias habituales en vecinos (polvos, ruido, etc.). 

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Así, pese a emplearse innovadoras técnicas de construcción que han reducido los plazos de ejecución (de las que algún día hablaremos en este blog),  a los ciudadanos que las han tenido que sufrir en primera línea se les han hecho interminables. 

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En total han sido 4 pozos, además de los entrada y salida de la tuneladora. Su ubicación la presentó La Vanguardia en el siguiente gráfico el día después que finalizaran los trabajos de perforación de la tuneladora.

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Figura3. Esquema del trazado del túnel de AVE por Barcelona, donde se indican 4 pozos de emergengia y/o ventilación (naranja) además de los pozos de entrada y salida de la tuneladora (negro). Publicado en La Vanguardia el 27/7/2.011

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Pero ¿se han acabado las obras del túnel de la Sagrada Familia? Teóricamente no, pues quedan pozos de ventilación y/o emergencia por ejecutar.

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En el año 2.008, también en La Vanguardia, se presentó el siguiente esquema en el que además de los pozos de entrada y salida de la tuneladora se mostraban 10 pozos.

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Figura 4. Esquema del trazado del túnel de AVE por Barcelona, donde se indican 12 pozos de emergengia y/o ventilación. Publicado en La Vanguardia el 1/6/2.008

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De esta manera quedarían 6 pozos pendientes. Pero no se asusten, informaciones posteriores han anunciado que “sólo” serán necesarios 4 pozos. 

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Tendremos que ver cómo evolucionan los acontecimientos. Si de nuevo algunos cruces de las calles Mallorca y Provença son ocupados por las máquinas excavadoras. O, por el contrario, el ingenio (agudizado por la crisis económica) de algún técnico es capaz de idear un sistema de ventilación y evacuación en el que, garantizando las condiciones de seguridad mínimas exigidas, permite ahorrar los pozos pendientes y sus molestias. Esperamos poderles explicar el desenlace desde este blog.

CURIOSO POZO DE VENTILACIÓN Y ALGO MÁS

Permítanme por una vez alejarme de la ciudad que da nombre al blog para explicarles el caso de un curioso pozo de ventilación, para hablarles de un pozo pionero en la ventilación de metros.

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Trasladémonos geográficamente a Londres, ciudad que inauguró en 1.863 la primera línea de metro del mundo (Paddington - King's Cross) y temporalmente a la década de los sesenta del siglo XIX. 

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Poco después de inaugurar la primera línea se trabajaba en una ampliación, entre Paddignton y Bayswater, empleando el mismo método constructivo que el primer tramo. El método cut&cover, consistente en abrir una zanja (cut) donde se construía el túnel y posteriormente se rellenaba de tierras (cover). 

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Figura 1. Instantánea de los trabajos de construcción de las primeras líneas de metro en Londres.

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Éste método funciona cuando el túnel transcurre por una calle, pero cuando tiene que pasar bajo edificios: o bien se cambia de método o bien se expropia el edificio. Pues bien, durante la construcción de dicha ampliación se tuvo que pasar bajo unas casas (23 y 24 de Leinster Gardens) y no se cambió de método: se expropió y se aprovechó el tramo de línea que transcurría por la parcela de dichas casas para no cubrir el túnel y generar un macro pozo de ventilación, necesario al ser esos primeros metros de tracción a vapor.

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Figura 2. Pozo de ventilación del metro de Londres situado en 23 y 24 de Leinster Gardens.

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Pero lo más curioso de este pozo no es su tamaño, que también lo es, sino que sus proyectistas no generaron una reja para taparlo, tal como estamos acostumbrados hoy en día, sino que levantaron una falsa fachada. Sí, el pozo no queda visible porque se reconstruyeron las fachadas de los edificios derribados, pero evidentemente con las ventanas ciegas.

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Figura 3. Fachada de las parcela 23 y 24 de Leinster Gardens.

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Figura 4. Detalle de la fachada de las parcela 23 y 24 de Leinster Gardens.

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Tanto las imágenes como la información ha sido obtenida de aquí, donde pueden encontrar alguna de las anécdotas que ha generado estas falsas viviendas.

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Y no podemos acabar este post sin ninguna mención a la ciudad de Barcelona, y lo haremos con una imagen del aprovechamiento de las rejas de ventilación para generar arte urbano efímero, tal como apuntó en el post pasado el comentarista más fiel de este blog.

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 Figura 5. Reja de ventilación de la línea 4 en Passeig de Gràcia. Foto de Nacho.

POZOS DE VENTILACIÓN ENTRE ESTACIONES

En el anterior post presentábamos el sistema de ventilación del metro y veíamos que un elemento fundamental en él son los pozos entre estaciones. Estos serían totalmente invisibles a los usuarios sino fuera por las grandes rejas que generan en aceras y calzadas, especialmente presentes cuando pasamos por ellas y se levantan las faldas de las señoras y señoritas.

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Figura 1. La reja de ventilación de metro más famosa del mundo seguramente es la que levantó las faldas de Marilyn Monroe en la película “La tentación vive arriba” (1955). La escena se gravó dos veces la primera en la calle y la segunda en un estudio, esta segunda es la que aparece en la película.

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Estamos acostumbrados a ver las rejas des de superficie, pero ¿cómo se ven éstas desde abajo? a continuación a modo de curiosidad presentamos una de estas rejas pero des del punto de vista opuesto al habitual.

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Figura 2. Reja de ventilación del metro de Barcelona fotografía des del interior del pozo.

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Pero ¿que hay bajo esas rejas? pues una galería que conecta con el túnel en la que se sitúan uno o dos ventiladores además de unos elementos denominados silenciadores que atenúan el ruido que generan los ventiladores para que los vecinos de las rejas no tengan molestias. La forma de esas galerías puede ser muy variada.

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Figura 3. Esquemas de posibles configuraciones de pozos de ventilación de túnel de ferrocarriles metropolitanos.

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Cada vez son más grandes las exigencias de seguridad para las infraestructuras subterráneas y ello, en el campo de lo que hoy hablamos, se traduce en ventiladores más potentes capaces de arrastrar más caudal de humo. A continuación presentamos una instantánea de la instalación de unos ventiladores en un pozo entre estaciones de la Línea 9, equipado con dos ventiladores de 2,40 m de diámetro!!!

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Figura 4. Instalación de ventiladores de 2,40 m de diámetro en un pozo entre estaciones de la Línea 9.

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Para acabar este post dedicado a los pozos de ventilación presentamos una imagen de una reja de uno de estos pozos de la ciudad de Viena, que nos ha enviado una seguidora de este blog residente en esta ciudad.

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Figura 5. Reja de ventilación del metro de Viena.

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En el próximo post, seguramente antes de presentar algunas curiosidades de los sistemas de ventilación de las estaciones, nos alejaremos de nuestro ámbito geográfico para presentar unos pozos de ventilación especialmente singulares.

EL SISTEMA DE VENTILACIÓN Y LAS PUERTAS DE ESTACIÓN

Seguramente les parecerá extraña la asociación de conceptos del título, desgraciadamente tendrán que esperar al final de este post para entenderla, confíen en el bandero y no abandonen la lectura de este post un poquito más largo de lo habitual.

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En primer lugar expliquemos por qué es necesario ventilar los túneles y las estaciones: en caso de incendio el objetivo es conducir los humos fuera de los caminos de evacuación y, en situación normal, renovar el aire de los andenes de manera que se garantice que siempre es salubre y respirable. El sistema de ventilación también ayuda a controlar la temperatura en el interior de las estaciones, pero ello lo explicaremos con detalle otro día.

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En segundo lugar expongamos en que consiste presentar “el sistema de ventilación” de una línea de metro. Pues bien,  básicamente consiste en mostrar un esquema en el que se representan los diferentes elementos de ventilación que existen en un tramo de línea tipo (normalmente una estación y los tramos de túnel a lado y lado) y ver en qué sentido trabajan esos elementos, si impulsan (meten aire) o extraen (sacan aire). Este esquema debe presentarse por duplicado, en primer lugar presentando como trabaja en situación normal y en segundo lugar como trabaja en caso de emergencia.

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Básicamente de elementos de ventilación tenemos: 

• Para el túnel: pozos (conexiones túnel-exterior) equipados con ventiladores o sin equipar, como el caso de los pozos de compensación ya presentados en este blog. 
• Para la estación: podemos tener conductos a lo largo del andén que impulsan o extraen, o no tener ningún elemento, lo que se dice “técnicamente” ventilación natural.

A continuación presentamos el esquema tipo del metro de Barcelona en confort, éste no se aplica a todas las líneas de la red ni en todos los tramos, es el genérico que en cada caso se adapta con las modificaciones necesarias a la infraestructura existente o a las peculiaridades de la misma.

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Figura 1. Esquema de ventilación tipo del metro de Barcelona en situación de confort. 

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Como puede verse se trata de extraer aire a través de ventiladores de los pozos de túnel y meter aire limpio en los andenes a través de un conducto a lo largo de los mismos, pero como se saca más aire por los pozos de túnel del que se mete por los conductos de los andenes, por los accesos de la estación también entra aire, por compensación natural, que recorre toda la estación y luego el túnel hasta salir por los pozos de túnel.

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Figura 2. Esquema de ventilación tipo del metro de Barcelona en situación de emergencia.

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En el caso de emergencia el esquema es idéntico al anterior pero aumentando los caudales de ventilación de los pozos de túnel, de manera que por los accesos de la estación entra más aire. Como puede imaginar el lector, el objetivo es conseguir que los humos se extraigan por los pozos del túnel y no se introduzcan en la estación por la que entra más aire limpio. De esta manera los pasajeros que habrían de evacuar la estación se encontrarían una corriente de  aire limpio en su cara que ejercería de barrera a los humos para que no entraran a la estación.
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Pese a estar proyectada la infraestructura para este modo de trabajo, puede emplearse de otros en función de la potencia del incendio y su situación, por ejemplo apagando la ventilación para no avivar el incendio a costa de no controlar los humos. Los bomberos en cuanto llegan al sinistro toman el mando y deciden la mejor manera de funcionamiento de los equipos.

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No es un ejemplo representativo por la gran magnitud de la tragedia, pero en la siguiente imagen, que corresponde a un incendio intencionado en el metro de Daegu (Coreo del Sur), pueden ver la columna de humo generado. Comprenderán así que es importante controlar los humos en caso de un incendio, por improbable que sea, para que no salgan por la estación.

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Figura 3. Instantánea del metro incendio del Metro de Daegu, 2.003, en el que puede verse la columna de humo provocada por el mismo. Imagen vista en ABC.

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Pero ustedes dirán ¿qué pasa con las puertas de estación? Pues que ahora ya están en condiciones de entender porque aquellas molestas puertas, como las presentadas en la figura 4, que siempre costaba abrir ya no se colocan en las estaciones y en las que todavía no se han eliminado están siempre abiertas. 

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Figura 4. Puertas de acceso a hoy en día en vías de extinción (imagen de estación de Ciutadella en 1978). Imagen Archivo TMB.

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Efectivamente, la desaparición de estas puertas se debe a que los accesos de las estaciones son un elemento fundamental del sistema de ventilación, pues ejercen de pozo de ventilación por el que entra aire limpio a la estación y esas puertas impiden esa función.

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Espero hayan disfrutado de estas curiosidades técnicas, las próximas semanas presentaremos como son los pozos de ventilación y algunos de los problemas que suponen las instalaciones de ventilación en las estaciones.

EL EFECTO PISTÓN (y2)

La pasada semana presentamos el efecto pistón, que es como se conoce el fenómeno por el que el tren al circular por el túnel "hace de pistón" empujando el aire que se encuentra a su paso, de manera que ante el tren se genera una "bolsa" de aire con una presión superior a la normal. También vimos que este fenómeno, en el caso de túneles independientes para cada sentido de circulación, genera corrientes de aire molestas para los usuarios que esperan en el andén.

La manera tradicional de evitar estas molestias de aire es generando una conexión directa entre el túnel y el exterior previa al inicio de la estación. De manera que sea a través de ella que se escapen las corrientes de aire previas al tren y así no lleguen al andén. Esta conexión se denomina pozo de compensación.

Figura 1. Esquema de un pozo de compensación

La decisión de construir pozos de compensación no se hace exclusivamente para evitar las molestias provocadas por el efecto pistón en túneles con coeficientes de bloqueo altos, sino que se enmarca en el ámbito del estudio de ventilación de la línea de metro, y en este estudio intervienen muchos más factores. En la siguiente figura se muestra un esquema de ventilación de un tramo de metro en el que se han dispuesto pozos de compensación entre otros sistemas de ventilación.

Figura 2. Esquema de ventilación de un tramo de metro con pozos de compensación (obtenido de la revista Obras Urbanas). Observar como todo y disponer de un pozo de ventilación entre estaciones, éste está apagado ya que se emplea el efecto pistón para mover el aire a través del túnel (dicho pozo sólo se pone en marcha en situación de emergencia).

Cree el bandero que en la red ferroviaria de Barcelona no existen pozos de compensación, pero en la prolongación de FGC en Terrassa, donde se ha optado por la solución de hacer circular cada tren por un túnel independiente, sí se ha previsto la construcción de estos.

Una línea que de no haberse actuado para evitarlo tendría unas molestías brutales debidas al efecto pistón es la nueva Línea 9 de Barcelona. Todo y que la sección de túnel, presentada en post anteriores, tiene un coeficiente de bloqueo bajo (ver figura 3), los metros anteriores a la estación la sección del túnel se empequeñece, pues un espacio de ella es ocupado por salas técnicas. Así en los tramos de túnel previos al andén la sección se estrecha con unos coeficientes de bloqueo de casi 0,5 (valor elevado que implica fuertes corrientes de aire).

Figura 3. Valores del coeficiente de bloqueo de las secciones características de la Línea 9.

Pero en los andenes de la Línea 9 no se perciben las molestas corrientes de aire gracias a las puertas existentes en el borde de andén, que únicamente se abren con el convoy parado.

Figura 4. Imagen de los andenes de Línea 9.

Así hemos visto dos maneras de evitar en los andenes las corrientes de aire provocadas por el efecto pistón en túneles con elevados coeficientes de bloqueo: bien mediante vías de escape para esas corrientes (pozo de compensación), bien generando barreras físicas a las mismas (cerramiento de andén). . Debe tenerse en cuenta que el hecho de colocar puertas de andén en la Línea 9 se debe a que se trata de una línea automática (sin conductor) y no al efecto pistón. El hecho de evitar las molestias de este fenómeno es una vetaja colateral, pero ello ya lo veremos con detenimiento en otro post.

EL EFECTO PISTÓN (1)

En ciertas estaciones, algunos lectores habrán notado como durante los segundos antes que aparezca el tren se genera una fuerta corriente de aire desde la boca por donde debe aparecer el convoy. Algunos ejemplos de ello son las estaciones de Tetuan y Passeig de Gràcia de L2 o la estación de Urquinaona de L1.

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Figura 1. Llegada de un convoy a la estación de Tetuan de L2.

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Ello se debe a un fenómeno conocido como efecto pistón. Y es que durante la circulación de un tren por un túnel, el tren "hace de pistón" empujando el aire que se encuentra a su paso, de manera que ante el tren se genera una "bolsa" de aire con una presión superior a la normal. Así cuando el tren está llegando a la estación, previamente a su entrada, llega el aire empujado por él generando corrientes de aire que en según que estaciones llegan a ser molestas.

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Pero ¿por qué en algunas estaciones este fenómeno se hace muy evidente y en otras pasa casi desapercibido?

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Para responder a esa pregunta, presentamos un parámetro que mide de manera indirecta la magnitud de las presiones que se generan frente el tren por el efecto pistón, se trata del coeficiente de bloqueo. Éste es la relación entre el área del convoy y el área del túnel. Cuanto mayor es el coeficiente de bloqueo, más área del túnel es ocupara y mayores son las presiones generadas y, por ende, mayores son las corrientes en la boca de los túneles, o sea en los ándenes para el caso partícular de los metros.

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En la siguiente figura se presentan los órdenes de magnitud del coeficiente de bloqueo de los dos tipos de túnel con los que puede desarrollarse una línea de ferrocarril (túnel único para los dos sentidos o dos túneles independientes para cada sentido).

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Figura 2. Órdenes de mangnitud del coeficiente de bloqueo para una solución de túnel úncio para los dos sentidus (figura superior) o de dos túneles independientes para cada sentido (imágen inferior).

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Así, en aquellas estaciones en las que el metro llega mediante un túnel independiente para cada sentido de circulación es, si no se hace nada para impedirlo, en las que se notan las corrientes de aire generadas por la circulación del tren por el túnel (efecto pistón).

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En el caso del metro de Barcelona la gran mayoría de kilómetros de túnel son únicos para los dos sentidos de circulación, por ello el fenómeno que nos ocupa sólo se hace evidente en unas pocas estaciones. Una de estas son las de L2 entre Universitat y Monumental, pues entre ellas, tal como vimos en este mismo blog hace tiempo, cada sentido de circulación discurre por un túnel independiente.

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En el próximo post veremos dos maneras de evitar las molestias generadas por el efecto pistón.

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Figura 3. Túnel de la L2 entre las estaciones Passeig de Gràcia i Tetuan.