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Túneles submarinos: aplicaciones y mantenimiento

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Túneles Submarinos

«Las primeras infraestructuras de este tipo se realizaron a finales del siglo XIX, y en la actualidad hay cerca de 200 túneles submarinos construidos en todo el mundo. Aunque algunos se utilizan para el suministro de agua y electricidad, la mayoría tienen como objeto albergar conexiones de carreteras o de ferrocarril. A pesar de las adversidades en su planteamiento, la fabricación y el mantenimiento de estas construcciones no revisten grandes complicaciones, y sin embargo pueden dar una solución efectiva y sostenible al transporte marítimo

Existen ciertos contextos geográficos, como los fiordos de Noruega o la morfología de Japón, que requieren una solución específica para hacer frente a las grandes masas de agua que entorpecen la comunicación. Los túneles submarinos son un recurso muy conveniente para estas ocasiones: las técnicas de diseño estructural han avanzado notablemente en los últimos años y, una vez construidos, su funcionamiento y mantenimiento apenas difieren de las infraestructuras terrestres. Para ello, y como nos indica Vicent Esteban Chapapría, Doctor ingeniero de Caminos, Canales y Puertos, hay que analizar cada caso y cada situación específica. “Desde un punto de vista estrictamente técnico, las soluciones están al alcance de la ingeniería más avanzada, o pueden estarlo si hay voluntad para llevar a cabo los proyectos. Lo primero que hay que abordar es la oportunidad social y económica, la viabilidad financiera y la conveniencia de afrontar las dificultades que, sin duda, van a surgir”, advierte.

El gran proyecto de interconexión que se ubicará en los fiordos de Noruega contempla utilizar túneles flotantes colocados a media altura.

Aunque existen soluciones previas que siguen plenamente vigentes y se utilizan con éxito, como los puentes, los túneles en estas distancias aportan seguridad, velocidad y menor impacto ambiental. “Históricamente, los proyectos de túneles submarinos han tenido un gran atractivo, aunque a veces tuvieron que ser abandonados por el esfuerzo titánico que suponía en su época. Por ejemplo, tal y como recoge The Telegraph, en 1989 se informaba del proyecto de construir un tendido de acero entre Inglaterra y Francia, del que se realizó una maqueta presentada en la Exposición Mundial de París. Hubo que esperar hasta 1994 para que se construyera el Eurotúnel”, reseña.

Con el desarrollo actual de la ingeniería, se han limitado extraordinariamente los riesgos asumidos en las fases de proyecto y construcción en materia de seguridad, y la capacidad de establecer este tipo de conexiones está muy cerca de ser ilimitada. Sin embargo, la posibilidad no es óbice para que no siempre sea la solución más acertada. “Podemos afirmar que cualquier proyecto es posible, pero otra cosa es que la magnitud y el alcance acabe siendo rentable; no solo en términos económicos, sino también en un análisis riguroso coste-beneficio. Está claro que debemos trabajar mucho en el diseño y estudio previo antes de entrar en fase de ejecución y, al hacerlo, podremos comprobar la viabilidad real y rentabilidad que tiene, desde todos los enfoques posibles”, asevera.

Construcción e impacto en el entorno

Según explica Esteban Chapapría, existen tres tipos de túneles submarinos: los excavados en el fondo marino, los dragados (con la colocación posterior de unidades prefabricadas) y los flotantes submarinos. “Los primeros, lo que hacen es ir creando un túnel desde tierra, de manera que se va excavando siempre por debajo del fondo marino, con un espesor que garantice que no va a haber infiltraciones ni problemas similares y, por lo tanto, su estabilidad”, asegura el experto. En las últimas décadas se ha desarrollado especialmente el potencial del dragado, es decir, la excavación directa. Existen dragas capaces de excavar a grandes profundidades -generalmente decenas de metros, aunque alcanzan también las centenas-, y se reduce considerablemente la exposición a riesgos de los trabajadores durante la construcción, ya que se fabrican en tierra firme y después se instalan sobre el fondo dragado.

El gran proyecto de interconexión que se ubicará en los fiordos de Noruega contempla utilizar túneles flotantes colocados a media altura.

Además, “recientemente se ha empezado a dar el caso de los túneles flotantes, que están colocados a media agua y que también son infraestructuras prefabricadas que se van tendiendo, sujetas por un lado al fondo marino y por otro a elementos en flotación, que los dejan suspendidos a una cierta profundidad, siempre por debajo del nivel del mar. Este es el caso que se está planteando, por ejemplo, en el gran proyecto de los fiordos de Noruega”, asegura Esteban, que nos explica el procedimiento fundamental de aseguramiento. “Durante la fase de planificación y construcción del túnel se toman medidas absolutamente extraordinarias, porque son excavaciones mecánicas con grandes topos, operando sobre materiales bajo los fondos marinos. Los sistemas de seguridad y mantenimiento se instalan una vez el túnel está acabado. En el caso de los flotantes no hay excavación, por lo que se plantea simplemente la utilización de elementos prefabricados que se sitúan a una determinada profundidad y se van suspendiendo y sujetando al fondo. Estas técnicas están más relacionadas con las estructuras offshore de explotación petrolífera”.

Las distancias que pueden salvar este tipo de infraestructuras dependen de cada caso, y se puede afirmar que ya no existen reglas fijas o exactas. “Por ejemplo, sustituir el fallido puente Celtic Crossing, entre Escocia e Irlanda del Norte, con un túnel submarino presentaría numerosas dificultades técnicas. Es un trayecto de 45 kilómetros del Mar de Irlanda, donde algunos tramos están a profundidades de hasta 300 metros. Pero no solo eso: en el lecho hay bombas y minas hundidas de la Segunda Guerra Mundial, y el paso marítimo tiene un intenso tráfico”, asegura Esteban, que explica que la clave de todo no es una cuestión de longitud, sino de eficacia y oportunidad geoestratégica. “El Eurotúnel entre Calais y Folkstones tiene 50 kilómetros, y China cuenta con cuatro puentes de trenes de alta velocidad que superan los 100 kilómetros de largo”.

Otro aspecto esencial para tener en cuenta en este tipo de proyectos es el impacto que tendrá en el entorno, lo que requiere un análisis pormenorizado a medio y largo plazo, contemplando todas las variables: si es la mejor solución para la movilidad, el transporte y la seguridad, se puede encontrar la manera de llevarlo a cabo valorando, además, la viabilidad, la eficacia y las medidas correctoras que hay que acometer durante su construcción. “Abrir vías de comunicación y hacerlo de manera sostenible siempre será un éxito de la ingeniería y la civilización. El impacto ambiental debe reducirse al máximo o compensarse y, además, hay que tener en cuenta que su puesta en servicio puede mitigar otras vías en servicio. Por tanto, lo único que debemos hacer es que los expertos de todas las disciplinas estudien a fondo las bondades y desventajas, en su caso, de cada proyecto antes de ponerse manos a la obra”, concluye el experto

“Abrir vías de comunicación y hacerlo de manera sostenible, reduciendo el impacto, siempre será un éxito de la ingeniería y la civilización”

Aplicaciones y usos potenciales

Según su actividad, podemos distinguir tres tipos de túneles submarinos: carretera, ferrocarril y conducción de fluidos. En el Mar del Norte existe un gran número de unidades destinadas a la explotación petrolera, que parten de las plataformas. Este es un concepto que también se puede aplicar a la zona de Escocia y Noruega. Además, existen otros casos de túneles que transportan gas, entre los que destaca un importante gaseoducto submarino en la zona de conexión entre China y Rusia, destinado al abastecimiento. Sin embargo, el uso más común sigue siendo el transporte, tanto a través de ferrocarril como de carretera. Los más abundantes al principio eran, desde luego, los de carreteras, y después se incorporaron ejemplos de conexión ferroviaria, donde podemos tomar como referencia la conexión entre Francia y Gran Bretaña o las islas de Tokio.

Los factores que determinan la elección del tipo de infraestructura que se va a hacer dependen de la ubicación, la orografía, la profundidad y la geología. Es decir, del emplazamiento. “Pero la elección entre alternativas se hace evaluándolas y valorando los beneficios e inconvenientes que aporta cada uno. Debemos ser conscientes, prudentes y profesionales honestos. Para ello, se trabaja en el estudio de todos los impactos, costes y efectos. El hecho de que cada vez la ingeniería ofrezca más prestaciones no debe llevarnos a emprender todo tipo de obras faraónicas. Sin rechazar ninguna idea, debemos plantear y analizar a fondo la conveniencia de llevarla a cabo”, explica el experto, que asegura que estamos ante una tecnología de largo recorrido, y que el futuro abrirá un sinfín de cotas de aplicación aún inimaginables. “Se habla de proyectos en Marte o en los lugares más alejados. Por ejemplo, en octubre de 2019 se celebró en Miami la American Society of Civil Engineers (ASCE), donde se presentó un proyecto para afrontar el Cambio Climático denominado “Future World Vision”, que proponía la construcción de ciudades flotantes en el mar, separadas de la línea de costa y con muchos servicios y conexiones submarinas”, conviene.

Sin embargo, recalca que estas alternativas de futuro no pueden posponer todos los retos a los que nos enfrentamos en este momento. “No debemos olvidar los problemas del día a día: el tráfico y la movilidad en las ciudades, el crecimiento urbano, la contaminación, la transición energética y tantos otros problemas cotidianos a los que podemos dar solución prioritaria aportando trabajo, talento y creatividad”.

En el contexto actual, el experto apuesta por los túneles flotantes, una de las tecnologías con más posibilidades. “Creo que son tecnológicamente muy avanzados y una solución que además tiene menos afección, porque podría plantearse incluso cierto carácter desmontable, a diferencia de las unidades fijas, y eso puede suponer una sostenibilidad mayor. Tenemos toda esa tecnología de construcción y de operación, poseemos mucha información de cómo responden, incluso en condiciones marítimas muy adversas (por los casos que existen en el Mar de Norte) y, como todas ellas están monitorizadas y hay gran número de personas trabajando, existe mucha información de su comportamiento”.

Trasladar la experiencia que se tiene del sistema de plataformas offshore a soluciones para transporte de personas o mercancías es una de las elecciones más interesantes en estos momentos, y los sistemas de mantenimiento y de monitorización que requieren son prácticamente comunes. “La labor de mantenimiento consiste en reponer elementos sujetos a la acción del mar, ver si responden y, en caso negativo, proceder a su sustitución. Son retos que, a la vista de la experiencia con todas las plataformas petroleras en explotación, se están trasladando a sistemas de conexión terrestre o submarina”. En conclusión, las infraestructuras desmontables comportan menos afecciones ambientales, especialmente al paisaje, y menores efectos sobre áreas costeras que conecten. Pueden ser necesarias, e incluso imprescindibles, por varias razones: el tráfico marítimo, las corrientes oceánicas, la pesca y diversas circunstancias que tiene que ver con la preservación de los fondos o el medio marino.

Mantenimiento preventivo

Manteniendo riesgos muy bajos en todo este tipo de obras, la instrumentación está orientada principalmente a garantizar la estabilidad de las estructuras.

El mantenimiento de un túnel submarino utiliza técnicas y tecnologías similares a las que se usan con uno terrestre, aunque se enfrenten a riesgos distintos, como la medición de corrientes, las variables oceánicas o el control de los fondos marinos. Según nos explica el experto en este tipo de infraestructuras, el principal riesgo que se enfrenta es el de inundación por filtraciones o posibles roturas, y una de las variables que más se extrema es el seguimiento de posibles terremotos, que pueden generar problemas mayores en el caso de una instalación subacuática. Sin embargo, el equipamiento y los sistemas de monitorización y de seguimiento son similares, aunque el tratamiento de datos, la tecnología de adquisición y el procesado está mucho más desarrollado y se aplica más en el caso de los túneles submarinos.

Manteniendo riesgos muy bajos en todo este tipo de obras, la instrumentación está orientada principalmente a garantizar la estabilidad de las estructuras.

“Por ejemplo, en el seguimiento sísmico se mide fundamentalmente cuándo se produce y qué aceleraciones produce. La vigilancia en este aspecto es extrema y se basa sobre todo en equipos -acelerómetros- que miden si hay un cambio brusco en la aceleración de la gravedad. Una vibración detonante puede provocar una aceleración sobre la estructura y dañarla. Por una parte, hay que buscar que el diseño sea antisísmico, y por otra comprobar los efectos que produciría un posible seísmo para que estos no sean destructivos”, asegura.

Además, existen sensores meteorológicos que miden temperaturas y humedad. Todos estos dispositivos recogen infinidad de datos al margen de la monitorización en tiempo real, tanto de aceleraciones como de posibles movimientos o desplazamientos inducidos por ellos. Esta tecnología “se está utilizando mucho en Noruega, Chile o Tokio, donde hay mucho riesgo de terremotos y la vigilancia se vuelve fundamental”, incide.

Al margen de los riesgos naturales, se tienen en cuenta aquellos derivados de accidentes, incendios -principalmente- o pequeñas incidencias como la falta de ventilación, una constante en cualquier túnel. Una vez desatado el aviso, la respuesta a estas alertas se hace a través de protocolos que dependen del sistema de datos. “En la actualidad esto ha mejorado mucho gracias a la monitorización vinculada a la tecnología de comunicación, y la respuesta suele ser cuestión de minutos”, explica Esteban Chapapría, que añade que en caso de evacuación necesaria “muchos túneles submarinos tienen varios conductos paralelos que se intercomunican cada cierta distancia, lo que permite crear vías de escape”.

Al margen de todos los mecanismos automáticos, la última palabra está aún en manos de las personas. “Aunque existan procedimientos automatizados basados en sistemas inteligentes, los ingenieros son los encargados de analizar los datos y conformar los protocolos. Es decir, hoy por hoy el diseño de los protocolos y la decisión final sigue siendo humana. Siempre hay equipos de seguimiento en tiempo real que actúan sobre los túneles, como en cualquier otra infraestructura de operación con riesgo, como puede ser una central nuclear”.

Las labores de mantenimiento y prevención se han perfeccionado de manera notable en las últimas décadas, y las nuevas tecnologías alumbran una mejora superior cuando se empiecen a implementar de manera generalizada todos los mecanismos de aseguramiento. “En tiempos pasados, cuando había más incertidumbre, la solución siempre pasaba por hacer infraestructuras más robustas, más resistentes. En cambio, ahora, manteniendo riesgos muy bajos en este tipo de obras, se las dota de instrumentación para comprobar las necesidades de mantenimiento y para garantizar principalmente la estabilidad de la estructura. En los túneles prefabricados hay un seguimiento de las juntas de los distintos elementos y una necesidad diferente. Pero en cualquier caso se persigue que no haya nunca una pérdida neta de la función posible de la calidad de la obra, sino una sustitución de elementos”, concluye.

*Ha colaborado en este artículo Vicent Esteban Chapapría. Doctor Ingeniero de Caminos (Universidad Politécnica de Valencia-UPV, 1978 y 1987), trabajó como consultor en varias empresas y como Ingeniero Director de un puerto hasta 1989, cuando es nombrado Catedrático de Puertos y Costas de la UPV, tras haber ejercido como Profesor Titular de Puertos en la UPM desde 1987. Ha sido director de la Escuela de ingenieros de Caminos y Vicerrector de Estudios y Convergencia Europea de la UPV.

Sus líneas de investigación se han centrado en la ingeniería marítima, portuaria y costera, las relaciones puerto-ciudad, el turismo náutico y la sostenibilidad de la costa. Ha participado como investigador en 19 proyectos de convocatorias públicas, en 55 contratos de investigación y ha colaborado en unos 40 convenios.

Ha publicado nueve libros, más de 65 Ponencias en Congresos y más de 120 artículos en revistas nacionales e internacionales sobre ingeniería marítima y turismo náutico.

Ha sido miembro del Board de la Central Dredging Association, del Comité Científico de RETE (Asociación Internacional para el estudio de la Relación Puerto-Ciudad), de varios Consejos Editoriales de revistas, comités científicos, y de la Revista de Obras Públicas. Ha sido presidente de la Asociación de Ingenieros de Caminos de 2016 a 2020, habiendo formado parte de su junta de Gobierno desde 1999.

Por MAPFRE Global Risks 21-05-2020

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Innovación y Nuevas Tecnologías

Túnel Submarino «Fehmarn Belt»: Simulación de naves por seguridad

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Capture Vessel simulation header

La seguridad es primordial durante la construcción del túnel en Fehmarnbelt. Junto con FORCE en Lyngby, Femern A / S realizó simulaciones completas del tráfico de embarcaciones y probó la cooperación con los operadores de VTS que monitorean el tráfico en Fehmarnbelt.

Cada año, 40.000 barcos navegan por Fehmarnbelt. Por lo tanto, la seguridad es primordial durante la construcción y un área prioritaria para Femern A / S. 

Los expertos de FORCE ayudaron a probar la seguridad en el mar utilizando simulaciones por computadora realistas de las condiciones náuticas para el tráfico marítimo.

Las pruebas se llevaron a cabo en un entorno virtual con réplicas de puentes de barcos reales, comunicación por radio con los operadores de VTS y tráfico de barcos simulado fuera de las ventanas.

Fuente: Femern / 02 de mayo de 2021

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Energía Marina

Medir el ruido subacuático

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Medir el ruido subacuático
Fuente: Verdant Power

Por: iec.ch / 2021-04-23

El ruido generado por el hombre, ya sea por transporte marítimo, perforaciones en alta mar, pesca de arrastre, ejercicios militares, etc., se reconoce como un desafío creciente para la salud de los ecosistemas oceánicos. Dicho ruido puede alterar la vida marina, que depende del sonido para la interacción social, así como para navegar y localizar alimentos.

La energía marina, que aprovecha la energía existente del agua y la convierte en electricidad, no es una excepción a este problema.

Según Jonathan Colby, presidente de IEC TC 114 : Energía marina – Convertidores de olas, mareas y otras corrientes de agua, “El ruido ambiental en el océano está creciendo de manera significativa y de una manera que es dañina. Puede llegar a un punto en el que a los mamíferos ecolocalizadores les resulte difícil comunicarse y navegar a través de lo que se está convirtiendo en un océano increíblemente ruidoso. Si bien cada convertidor de energía marina puede ser relativamente silencioso, las comunidades reguladoras y ambientales están muy preocupadas por la naturaleza aditiva del ruido en el océano”.

Para ayudar a la industria de la energía marina a medir el sonido producido por el funcionamiento de sus equipos, la IEC ha publicado IEC TS 62600-40 . Esta norma proporciona metodologías uniformes para garantizar la coherencia y precisión en la medición y el análisis de las emisiones acústicas de los convertidores de energía marina.

Como señala Colby, “el ruido es una preocupación para la industria. Con IEC TS 62600-40, estamos tratando de adelantarnos a los problemas potenciales mediante la definición de una metodología común para evaluar las características del ruido. Específicamente, el uso de mediciones de ruido estandarizadas fue una de las recomendaciones centrales del informe IEA-OES 2020 State of the Science”.

La especificación define dos métodos para medir la acústica producida por los convertidores de energía marina. En la caracterización montada en la parte inferior, se coloca un hidrófono (micrófono que se usa bajo el agua) en el fondo del océano o lecho del río, para grabar el sonido. En un segundo método, conocido como concepto de deriva, se despliega un hidrófono desde una boya flotante en la superficie del agua.

“La especificación proporciona las metodologías necesarias para caracterizar con precisión el ruido en entornos de ondas y corrientes de alta energía. Luego, queda en manos de los reguladores y las jurisdicciones locales interpretar los resultados y decidir si son aceptables para su ecosistema particular”, comenta Colby.

IEC TS 62600-40 también se puede utilizar para ayudar a diagnosticar problemas con el equipo. Colby señala: “Un desarrollador puede detectar cambios en los sonidos hechos por el sistema. A menudo, se puede utilizar como parte del mantenimiento o diagnóstico para comprender el rendimiento «.

Satisfacer las necesidades de la industria

Cada pocos años, IEC TC 114 realiza una encuesta para comprender mejor cuáles son los próximos estándares más importantes para los comités nacionales de IEC, así como para garantizar que el TC desarrolle estándares que aborden los requisitos de la industria y las brechas de conocimiento. Y, según la encuesta, IEC TS 62600-40 fue una de las más clasificadas por IEC NC.

Colby concluye: “Tenemos que ser muy estratégicos sobre nuestro uso de recursos. TC 114 trabaja muy duro para hacer una lista priorizada de nuevos elementos de trabajo. Se acordó que definir una metodología para caracterizar el ruido era una prioridad muy alta”.

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Buques de Apoyo

Ian Taylor participará en instalación de fibra óptica en Sudamérica

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Ian Taylor fibra óptica
Foto: loginews

A raíz de su exitosa participación el 2019 en labores de Husbandry en Chile en el proyecto de instalación de un cable de fibra óptica para Google, el año 2021 nuevamente la agencia de naves Ian Taylor fue elegida para proporcionar servicios portuarios, que consiste en la gestión de la totalidad de permisos legales, portuarios y servicios armatoriales en Ecuador, Perú y Chile, para la nueva instalación de cable de fibra óptica para la costa oeste de Sudamérica.

“Nos sentimos orgullosos que nuestro trabajo anterior haya sido bien evaluado y que eso nos haya valido extender nuestros servicios para un nuevo proyecto del mismo cliente, pero ahora en gran parte de la costa oeste sudamericana. El desafío es grande porque en cada país se vive una realidad diferente respecto de los permisos que brinda cada Estado y, además, por las dificultades adicionales que ha impuesto la pandemia. Una de nuestras fortalezas es que conocemos muy bien cada país donde estamos presentes y eso nos permite brindar servicios a la medida de nuestros clientes”, afirmó el Gerente de Asuntos Corporativos de Empresas Taylor, Juan Carlos Jiménez.

La filial de Empresas Taylor está atendiendo este importante trabajo desde el primer día del año en la costa ecuatoriana y proyecta que concluya su labor, no más allá de los últimos días de mayo en la costa de Valparaíso, Chile.

Cable submarino

Según información pública, el sistema de cable submarino que se está instalando tendrá una extensión de 7.300 kilómetros desde el Puerto San José, en Guatemala, hasta Valparaíso, en Chile, con puntos de aterrizaje en Ecuador, Perú y Chile. Tiene 72Tbps de capacidad de ancho de banda y será utilizado principalmente por filiales de una empresa de telecomunicaciones y terceros.

Se espera que América Latina sea la región de mayor expansión de capacidad de ancho de banda para interconexión a nivel mundial durante los próximos años, con una tasa de crecimiento anual compuesta (CARG) de 50% entre 2019 y 2023; en tanto que el segmento de contenido y medios digitales, el que más utiliza el cableado internacional, debiera crecer a una CARG de 62% en América Latina, el ritmo más acelerado entre todos los sectores y regiones.

Fuente: APAM / Ian Taylor Perú

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