EL TOPOGRAPHO

El topógrafo Pedro Arranz nos desvela como gracias al uso de un giroscopio y de las Estaciones Totales Leica consiguió reducir el error de calado a 9 centímetros en planimetría (horizontal) y 1,3 en altimetría (vertical) en un unos túneles de 28,4 Km diseñados para velocidades superiores a los 350 Km/h, que los convierten en una de las obras de ingeniería más importantes del mundo.
Arranz empezó a su carrera en 1984 como topógrafo de una empresa sísmica, posteriormente entra en Acerninox para el montaje de un tren de laminación. A continuación realiza diversas obras en todo el territorio español (destaca una carretera de montaña en Sort) para más tarde entrar en FOCSA como topógrafo de la delegación de Baleares. De allí volvió a la península, más concretamente a Gijón y posteriormente se instala en Madrid como director de topografía de A C S. En su constante apuesta por la tecnología y el método, mantiene una estrecha relación con el departamento de informática de A C S. Su carrera sigue avanzando en ACS, hoy DRAGADOS. Entre sus obras más destacadas resaltan los túneles de El Pardo de la M-40.

• Los túneles de Guadarrama

Fue en el año 2001 cuando Arranz recibe la oferta de realizar la topografía de los túneles de Guadarrama. Desde 1996 ocupaba el puesto de Director de Topografía de ACS, pero un proyecto de esta complejidad le movió a entrar de lleno. “El hecho de que el túnel esté calculado para velocidades superiores a 350 Km/h implica criterios muy estrictos en cuanto a la precisión del cale, ya que no se tienen muchas posibilidades de variar el trazado, tanto en planta como en alzado”, explica. Por todo ello, estudió las experiencias del túnel del Canal de la Mancha (48 Km), y visitó en Suiza a los responsables de la topografía del túnel de San Gotardo (57 Km). De todos modos, cabe resaltar que ninguno de los dos está pensado para que se alcancen las velocidades establecidas en el proyecto de Guadarrama.

Arranz decidió que el sistema más preciso para llevar a cabo el proyecto se basaba en el uso de un giroscopio digital marca DMT, modelo Gyromat 2000 de ultima generación de 10 cc de precisión nominal después de una serie de 6 observaciones, montando una estación total LEICA, modelo TCA 2003 de alta precisión (1,5 cc) motorizada y con seguimiento de prisma. Otras dos estaciones totales de similares características, TCA 2003 y 1800, cumplieron la función en la medición de ángulos y distancias de la red principal de bases en el exterior e interior del túnel y la toma de datos para la auscultación de los anillos del túnel (Convergencias).

• El giroscopio

El Gyromat 2000 (o gyro) es un giróscopo de precisión con una secuencia de medición totalmente automática, para trabajos de redes en túneles y minería. Las dos misiones fundamentales de este aparato son la de paliar los efectos del arrastre de azimutes a lo largo del túnel y evitar los efectos no deseados de la refracción horizontal en las mediciones angulares. La alta precisión de las mediciones del gyro puede lograrse principalmente por medio de un desplazamiento mecánico del giroscopio. El gyro se orienta siempre en dirección del norte geográfico (físico), esto quiere decir que los azimutes a medir con él serán astronómicos.

El giroscópio se encuentra suspendido y con su eje de giro alineado perpendicularmente a la vertical terrestre. Al girar a gran velocidad se origina un momento angular. A su vez, el movimiento de rotación de la Tierra tiende a desplazar la orientación del giróscopo en un plano horizontal. La ley física de conservación del momento angular hace que el giróscopo se alinee paralelamente al eje de giro terrestre para mantener constante su momento angular. Esta aplicación de una ley de la Física permite fabricar una herramienta, para determinar el Norte Geográfico, sin interferencias magnéticas y con gran precisión.

Obviamente, es necesario que el giróscopo alcance una velocidad de giro constante, que el rozamiento sea mínimo y la estabilidad de posicionamiento, perpendicular a la vertical terrestre, sea máxima. Estas exigencias obligan a que el Gyromat 2000 sea una pieza mecánica de una gran perfección constructiva.

El giróscopo, como cualquier instrumento de medida, es susceptible de sufrir descorrecciones por lo que es necesario verificar el valor de los errores de medición intrínsecos a cada aparato. Para ello, es preciso realizar observaciones astronómicas de determinación del Norte que, comparadas con las observaciones del giróscopo nos permitan la calibración de éste.
Queda claro, pues, que los técnicos que han realizado, con tanto éxito, el control geométrico de los Túneles de Guadarrama se enfrentaban a un trabajo de una exigencia extrema y solo podían confiar en las mejores herramientas.

• A todos los problemas, una solución concreta

Antes de ponerse a trabajar con el gyro, Pedro Arranz se encontró unos cuantos escollos. La opción del giroscopio era cara y totalmente desconocida para los miembros de la UTE Túneles de Guadarrama. Tras varias conversaciones fallidas, Arranz consiguió reunir a los directores de topografía de todas las empresas, a técnicos cualificados y directivos. Esta concluyó con la firma de una serie de compromisos donde se apoyaba su necesidad; pero los problemas no habían acabado. Para la construcción del giroscopio era necesario el pago de un 50% por adelantado, las empresas de la UTE tenían previsto pagarlo a posteriori. Al final, Leica Geosystems junto a las empresas que forman parte de la UTE encontraron la forma para resolver también este escollo financiero.

• La mayor obra de ingeniería civil desarrollada en España.

Los dos túneles de Guadarrama, con una longitud de 28,4 kilómetros cada uno, son la mayor obra de ingeniería civil que se ha desarrollado en España y figuran entre los túneles con mayor longitud del mundo. Como explica Arranz, “Se clavó la primera estaca el 23 de noviembre de 2001. En ese año se hicieron las trincheras y todas las instalaciones”. Los trabajos de perforación comenzaron, con cuatro tuneladoras instaladas en cuatro bocas, dos a cada lado de la sierra, en octubre de 2002 y las enormes máquinas concluyeron su trabajo en la vertiente segoviana en enero, semanas antes que en la zona madrileña. Cada túnel perforado tiene un diámetro de nueve metros y medio, aunque una vez recubierto con las dovelas interiores, de hormigón, el ancho real del túnel por el que discurrirán los trenes se reduce a unos ocho metros y medio. En esta obra se han instalado alrededor de 250.000 dovelas, de 32 centímetros de espesor. El coste de la obra, en la que han llegado a trabajar al mismo tiempo hasta 2.000 personas cubriendo las 24 horas del día, está en consonancia con su importancia, dado que el presupuesto ha alcanzado los 1.219 millones de euros.

Gracias al trabajo realizado por Arranz, se consiguió que el error de calado fuera de 9 centímetros en planimetría (horizontal) y 1.3 en altimetría (vertical). En los últimos 4 metros, el posible error era mínimo. La topografía y geodesia han tenido gran trascendencia para el éxito de la perforación de los túneles. El hecho de que los túneles proyectados no cuenten con galerías exteriores intermedias a lo largo de los 28,4 Km de trazado y que la velocidad de diseño sea 350 Km./h, con las exigencias geométricas que esto conlleva, hacen de la topografía un factor determinante para que el proceso de construcción se encuentre dentro de las magnitudes esperables y tolerancias aceptables. Se espera que el proyecto de alta velocidad podría ponerse en marcha en el año 2007.

• Leica Geosystems, partner indispensable

Todos los sistemas de guiado en esta obra utilizaban equipos Leica. Además de la Leica TCA 2003, se han utilizado un Receptor Móvil GPS Leica System 500 para el replanteo de todas las instalaciones exteriores al túnel; una Estación Total TCA 1800 que realizaba las mismas funciones que la TCA 2003 y que ha estado de reserva en caso de averías; una Estación Total TCRA 1103, con la que se hizo el replanteo general de las instalaciones donde la precisión del GPS no llegaba, como pórticos, alineaciones, vías, plantas de machaqueo, hormigón y dovelas; y un Nivel eléctrico digital de alta precisión Leica DNA03 con juego de miras invar, que se usó para la nivelación interior y exterior de alta precisión para cierre en altura de los túneles.

1. “El hecho de que el túnel esté calculado para velocidades superiores a 350 Km/h implica criterios muy estrictos en cuanto a la precisión del cale, ya que no se tienen muchas posibilidades de variar el trazado, tanto en planta como en alzado”, explica.
2. Gracias al trabajo realizado por Arranz, se consiguió que el error de calado fuera de 9 centímetros en planimetría (horizontal) y 1,3 en altimetría (vertical). En los últimos 4 metros, el posible error era mínimo.
3. Los equipos Leica “trabajan como Robocop. Las condiciones en la obra eran muy difíciles, porque estaban expuestos a polución, polvo y accidentes, como que se rompa una manguera de inyección de mortero o de aceite, que es peor. Hemos sacado el aparato echo polvo, con una mano de mortero, y seguía midiendo”.