Obras subterráneas

El principal objetivo del presente artículo es exponer los distintos hitos de la ejecución de una bodega subterránea con técnicas de obra civil actuales. Para obtener vinos de calidad, es imprescindible dotar a la bodega de unas condiciones de temperatura y humedad equilibradas durante todo el año, factores necesarios para la buena conservación y crianza del vino en barrica o en tino de roble.

Frente a la ejecución de una infraestructura exterior, la bodega subterránea presenta una sensible ventaja energética, al aprovechar el gradiente térmico del terreno para mantener de forma natural las condiciones higrotérmicas óptimas, evitando costes de climatización y minimizando el impacto ambiental que este tipo de bodegas tienen en el entorno.

La bodega subterránea permite además aprovechar toda la superficie exterior como plantación vinícola dotando a la bodega de un añadido valor de conservación ambiental. Las propiedades de la tierra influyen de manera decisiva en las condiciones interiores, la integridad y la durabilidad de las bodegas subterráneas. Las condiciones de temperatura y humedad que mantiene esta opción son idóneas para la crianza en barrica de los vinos, tal y como lo hacían nuestros antepasados.

La edificación de una bodega bajo tierra aporta criterios de sostenibilidad en la edificación, además de utilizarse cada vez más como técnica de construcción más habitual. El hombre ha excavado durante siglos miles de bodegas subterráneas, en las cuales ha criado y envejecido el vino. La inercia térmica y las propiedades de la tierra proporcionan un ambiente estable durante todo el año, amortiguando los cambios térmicos y de humedad del ambiente exterior, permitiendo la crianza y conservación del vino con un coste energético nulo.

Las condiciones higrotérmicas de las bodegas subterráneas han sido ampliamente estudiadas, demostrando que las propiedades de la tierra son uno de los factores que más influye en el ambiente interior.

Por lo general, estas bodegas se caracterizan por estar excavadas en terrenos fácilmente perforables y excavables con herramientas sencillas. En la mayoría de los casos no presentan estructuras portantes ni de refuerzo interior sistemático, salvo en construcciones de gran dimensión de la excavación. Se construían gracias al conocimiento transmitido durante siglos de generación en generación, adquirido mediante ensayo y error.

La elección de un suelo con propiedades inadecuadas podría ocasionar problemas que afecten a la integridad de la construcción o a las condiciones interiores, como sucede en otras tipologías constructivas. Así, son numerosos los estudios que tratan los problemas de compresibilidad, expansibilidad e inadecuación de los suelos para la construcción de túneles.

Ante la creciente demanda por parte de bodegas de prestigio de recrear las condiciones higrotérmicas de las antiguas bodegas tradicionales para la producción de vinos de calidad, el ‘estado del arte’ de la ejecución de obras civiles subterráneas puede aportar soluciones novedosas, que permitan excavar mayores secciones que ayuden a la mecanización parcial de las actividades productivas en el calado (trasiegos, limpieza y transporte de barricas, etc.). Se expone a continuación la ejecución por parte de Lurpelan, en cooperación con CBM Construcciones, de un nuevo calado en la bodega Vinícola Real, situada en Albelda de Iregua, en La Rioja.

2.1.- Ubicación geográfica

La Bodega está localizada en la Carretera de Nalda Km 9, 26120, Albelda de Iregua, La Rioja, en la salida de Albelda junto a la carretera que une Albelda y Nadal (Parcela 530 del polígono 6). La Bodega fue construida cerca de la capilla de Santa Catalina, única parte que se conserva del Monasterio de San Martín de Albelda. Fundado en el año 924 d.C., el Monasterio quedó destruido a causa del desprendimiento de la peña Salagona en el año 1683.

Sus instalaciones incluyen un magnífico calado tradicional, horadado en la montaña, que proporciona de forma natural las condiciones ideales de temperatura y de humedad, constantes durante todo el año, para la crianza tanto en barrica como en botella de los vinos.

2.2.- Marco geológico

La obra se encuentra situada en la zona centro-oriental de la depresión terciaria del Ebro, la cual constituye una profunda cubeta rellena de materiales de origen continental procedentes de los relieves que la bordean (Sierra de Cantabria y Montes Obarenes al Norte, Cordillera ibérica por el sur). Conforme nos acercamos al borde de cuenca, disminuye el porcentaje de finos y aumentan los niveles areniscos y microconglomeráticos. Hacia el centro, sin embargo, encontramos progresivamente facies más distales, hasta aparecer materiales de precipitación química (calizas y yesos).

En concreto en la zona de la bodega, el sustrato está constituido por la Formación Alfaro, de edad miocena. Se trata de una potente serie que se extiende prácticamente desde el Ebro hasta el sistema montañoso de Cameros. Litológicamente está integrada por arcillas calcáreas rojas más o menos limosas, con frecuentes intercalaciones de bancos de areniscas de espesor variable, entre algunos centímetros y pocos metros.

La formación Alfaro, desde un punto de vista hidrogeológico, dada la baja permeabilidad que le confiere su litología, puede clasificarse como un acuicludo o acuitardo. Tan solo a través del diaclasado existente o a favor de discontinuidades, especialmente en la zona más superficial y alterada, puede producirse una cierta circulación de agua. Durante la ejecución de los trabajos no se ha detectado en la zona la presencia de nivel freático.

2.3.- Características y técnica constructiva

El emplazamiento del nuevo calado a realizar, supuso excavar una longitud de 45 metros para unir dos de los extremos de los calados existentes a la vez que se comunicaba con el calado que estaba situado bajo las edificaciones de la última ampliación de la bodega.

Imagen 4.- Acceso al nuevo calado. Acopio intermedio de escombro.

El empleo de técnicas modernas de obra civil subterránea permitió ampliar la sección útil del calado, planeada inicialmente con sección 3,40 x 3,60 m a una sección final de 4,50 x 4,75 m con la consiguiente mejora desde el punto de vista logístico y de mecanización de las operaciones vinícolas posteriores. El proceso de construcción del nuevo calado se detalla a continuación:

1. Zona inicial, de sección rectangular, excavada bajo losa en tramo curvo, comenzando la excavación a través de un marco de hormigón realizado en el sótano de la propia bodega, como se puede observar en la imagen número 6. Sostenimiento ligero en hastiales rectos a base de malla electrosoldada 150x150x6 mm y una capa de 5 cm de hormigón proyectado. Longitud del tramo: 13 m.
2. Excavación de tramo recto bajo losa de hormigón, en sección 4,50 m x 5,00 metros (ancho x alto), con idéntico sostenimiento que en el tramo anterior (una capa de malla electrosoldada 150x150x6 mm y 5 cm de hormigón proyectado). Tanto en este tramo como en el tramo inicial, la excavación al abrigo de la losa de hormigón existente evitó sostener la zona de techo excavada. Longitud del tramo: 14 m.
3. El tramo final del calado se excavó con la mencionada sección en forma de baúl de dimensiones 4,50 x 4,75 m (ancho x alto) aplicando un sostenimiento a base de cerchas THN-21 espaciadas 1,5 metros, una capa de malla electrosoldada 150x150x6 mm y una capa de 10 cm de hormigón proyectado. Puntualmente, fue necesario también el empleo de Chapas Bernold como refuerzo adicional. Fue necesario el empleo de 13 cuadros metálicos posteados a 1,5 metros para reforzar esta zona de unión con el calado antiguo, dado que, como era previsible, esta era la zona más descomprimida e inestable, donde se atravesó el terreno más inestable. La longitud de este tramo fue de 18 metros.

La ejecución de la bodega fue realizada empleando maquinaria de obra civil, adecuada para las dimensiones de la galería y aplicando los últimos avances en construcción de obra subterránea.

El plazo de ejecución fue de 2 meses, trabajando a un único relevo diurno. Lo más significativo durante la ejecución de la obra fue la ausencia de agua durante la excavación lo cual garantizó la estabilidad del macizo por la baja plasticidad que presentaba el terreno.

2.4.- Maquinaria

La principal maquinaria empleada en el proyecto ha sido:

• Ventilador Zitron gEL 9-75-2
• Retroexcavadora Yanmar de 10 ton equipada con cabezal de roza
• Pala cargadora Doosan DL250
• Plataforma elevadora JCB 535-125
• Equipo de proyección de hormigón por vía húmeda SPM 702-D
• Autohormigonera Dieci L3500.

Como complemento de este artículo, se analizan a continuación las características que han de tener los terrenos más apreciables para ejecutar una bodega subterránea en España, centrándonos en la zona de la Ribera del Duero y de la Rioja.

3.1.- Clasificación y caracterización de los suelos

El principal objetivo de cualquier sistema de clasificación de suelos en el ámbito de la ingeniería es predecir las propiedades del suelo basadas en unas pocas pruebas, clasificando los suelos en grupos con similares características ingenieriles. Durante mucho tiempo se han utilizado principalmente dos clasificaciones geotécnicas para la descripción del suelo en aplicaciones de ingeniería civil: AASHTO y USCS.

El sistema USCS (Unified Soil Classification System) es la base para la identificación de suelos en una gran diversidad de propósitos de ingeniería civil. El USCS deriva de un sistema desarrollado por Casagrande para clasificación de suelos. El sistema divide a los suelos en tres grandes grupos:

• Suelos de granos gruesos, constituidos por gravas y arenas con menos del 50% de finos que pasan por el tamiz nº 200 ASTM.
• Suelos de granos finos, arcillosos y limosos, constituidos por los suelos con 50% o más de finos.
• Suelos altamente orgánicos, constituidos fundamentalmente por materia orgánica.

La clasificación adoptada por la American Associattion of State Highway Officials (AASHTO), es el sistema más utilizado en la clasificación de suelos en carreteras. Los suelos se clasifican en función de su comportamiento como capa de soporte o asiento del firme, en siete grupos (A-1, A-2, A-3, A-4, A-5, A-6 y A-7), según su granulometría (porcentaje que pasa por los tamices nº 200, 40 y 10) y plasticidad (Límites de Atterberg).

Estos siete grupos se clasifican en dos grandes categorías:

1. Suelos Granulares: A-1, A-2 y A-3 (suelos con no más del 35% que pasa por el tamiz nº 200).
2. Suelos limo-arcillosos: A-4, A-5, A-6, A-7 (suelos con más del 35% que pasa por el tamiz nº 200).

Numerosos estudios utilizan las clasificaciones mencionadas para la caracterización de los suelos y la determinación de sus características ingenieriles.

Así por ejemplo, Al-rawas y Qamaruddin, se basan en los datos obtenidos de la carta de plasticidad y la clasificación USCS para determinar la expansibilidad y estudiar los problemas constructivos de suelos expansibles.

Otros autores determinan los parámetros ingenieriles de suelos expansivos mediante la carta de plasticidad, la clasificación USC y la curva granulométrica.

3.2.- Incidencia que ejerce el tipo de suelo en las condiciones ambientales en el interior de las bodegas

La temperatura en el interior de una construcción subterránea está fuertemente condicionada por la temperatura del terreno a la profundidad de excavación. La transferencia de calor en el suelo depende de las características del terreno.

El amortiguamiento y desfase de la temperatura del exterior están directamente relacionados con la conductividad térmica (κ), calor específico (c) y densidad (ρ) del terreno, pudiendo agruparse estos tres parámetros en la difusividad térmica (α= κ/ρc) del mismo.

El amortiguamiento o reducción de la amplitud térmica del exterior es más pronunciado en suelos ligeros (baja α), mientras que en suelos pesados (alta α), las fluctuaciones son conducidas a mayor profundidad.

La influencia de la difusividad es suficientemente grande para que el rango anual de fluctuación de la temperatura a ciertas profundidades pueda variar más del doble dependiendo de las características del terreno.

Variando la profundidad en función del tipo de terreno y las condiciones del exterior podemos conseguir (en el interior de las bodegas subterráneas) un factor de amortiguamiento deseado y una reducción considerable de la temperatura máxima anual en cualquier localización.

Asumiendo la simplificación de que el terreno es un sólido homogéneo semi-infinito con conducción de calor unidimensional y propiedades físicas constantes y que la temperatura de la superficie del suelo varía periódicamente con el tiempo, la reducción del intervalo de temperatura en función de la profundidad se puede estimar a través de:

Donde:

• Ø = Factor de decremento. x = Profundidad (m).
• Ax = Amplitud de la onda térmica a la profundidad x (°C).
• As = Amplitud de la onda térmica en la superficie (°C).
• a = Difusividad térmica aparente (m²/s)

Los suelos más habituales en la construcción de bodegas son los suelos limosos de baja o nula plasticidad (A-4), seguidos por suelos arcillosos y gravas y arenas limo-arcillosas, también de baja plasticidad.

Se puede concluir que los suelos predominantes en las bodegas que han resistido hasta nuestros días son suelos con alto porcentaje de partículas finas (limosos, arcillosos y arenas limosas o arcillosas) de baja o nula plasticidad.

La presencia de suelos con alta plasticidad en las bodegas subterráneas de España es reducida.

6.- Referencias

1. Farrokh, E.; Mortazavi, A.; Shamsi, G.: “Evaluation of ground convergence and squeezing potential in the TBM driven ghomroud tunnel project”, Tunnelling and Underground Space Technology, vol. 21, nº 5, 2006, pp. 504-510.
2. Goel, R. K.; Swarup, A.: “A case history of tunnelling through difficult ground”, Tunnelling and Underground Space Technology, vol. 21 nº 3-4, 2006, pp. 362-362.
3. Grandori, R.: “Abdalajis east railway tunnel (spain) – double shield universal TBM cope with extremely poor and squeezing formations”, Tunnelling and Underground Space Technology, vol. 21 nº 3-4, 2006, pp. 268-268.
4. Informes de la Construcción Vol. 64, 527, 287-296, julio-septiembre 2012 ISSN: 0020-0883 eISSN: 1988-3234 doi: 10.3989/ic.10.033.
5. Pérez-Romero, J.; Oteo, C. S.; De la Fuente, P.: “Design and optimisation of the lining of a tunnelin the presence of expansive clay levels”, Tunnelling and Underground Space Technology, vol. 22 nº 1, 2007, pp. 10-22.
6. Pardo, J. M. F.; Guerrero, I. C.: “Subterranean wine cellars of central-Spain (Ribera de Duero): An underground built heritage to preserve”, Tunnelling and Underground Space Technology, vol. 21, nº 5, 2006, pp. 475-484.
7. UNE 103100:1995: Preparación de muestras para ensayos de suelos.
8. UNE 103300:1993: Determinación de la humedad de un suelo mediante secado en estufa.
9. UNE 103102:1995: Análisis granulométrico de suelos finos por sedimentación. Método del densímetro.
10. UNE 103103:1994: Determinación del límite líquido de un suelo por el método del aparato de Casagrande.
11. UNE 103104:1993: Determinación del límite plástico de un suelo.
12. UNE-EN 933-1:1998: Ensayos para determinar las propiedades geométricas de los áridos. Parte 1: Determinación de la granulometría de las partículas. Métodos del tamizado.
13. UNE-EN 933-1:1998/A1:2006: Ensayos para determinar las propiedades geométricas de los áridos. Parte 1: Determinación de la granulometría de las partículas. Métodos del tamizado.
14. UNE-EN 933-2:1996: Ensayos para determinar las propiedades geométricas de los áridos. Parte 2: Determinación de la granulometría de las partículas. Tamices de ensayo, tamaño nominal de las aberturas.
15. http://vinicolareal.com