047-G.06 f) 4) Moldes (inciso 3.01.02.026-H.05) f) Para puentes, por metro cúbico de madera empleada: 4) Grupo IV, para losas planas, losas de acceso, zapatas de caballetes, cabezales, columnas, diafragmas, orejas de estribos, cuerpo de cilindro, cuerpos de pilas huecas cilíndricas, trabes preforzadas, trabes precoladas y dovelas precoladas.

Las Piezas del Rompecabezas Subterráneo: Qué es una Dovela Cúbica y su Rol en la Infraestructura Mexicana

Bajo el asfalto de ciudades como la Ciudad de México, gigantescas máquinas se abren paso excavando la tierra. Pero estos gigantes no avanzan solos; se protegen construyendo su propia armadura a medida que avanzan, pieza por pieza. Esas piezas, el exoesqueleto de la ingeniería subterránea moderna, son el corazón de este artículo.

Es posible que haya llegado aquí buscando el término dovela cúbica. Es importante aclarar que, si bien el término "dovela" es correcto, la pieza técnica utilizada en túneles modernos no es un "cubo". La palabra "dovela" proviene de la arquitectura antigua, donde describe las piedras en forma de cuña que componen un arco.

En la ingeniería moderna de túneles, el término correcto es segmento prefabricado de concreto. Varias de estas dovelas (o segmentos) se ensamblan bajo tierra para formar un anillo de dovelas completo. Este anillo es el revestimiento estructural inmediato y definitivo del túnel, diseñado para soportar la presión del terreno y del agua circundante.

La importancia de las dovelas de concreto en México es colosal. En el subsuelo blando y lacustre del Valle de México, construir un túnel es un desafío geotécnico inmenso. Las dovelas prefabricadas son la solución tecnológica que ha hecho posibles megaproyectos icónicos, destacando dos:

1. El Túnel Emisor Oriente (TEO): Considerada una de las obras de drenaje más grandes del mundo, el TEO requirió la fabricación de aproximadamente 41,000 anillos para revestir sus 62 km. Esto significó una demanda de casi 300,000 dovelas individuales, lo que obligó a instalar tres plantas de fabricación dobles, de las más avanzadas en su tipo a nivel mundial.

2. El Metro de la CDMX: Varias líneas subterráneas, como tramos de la Línea 12, han utilizado segmentos de concreto para túneles para su construcción , garantizando la estabilidad y la impermeabilidad en un entorno urbano denso.

En esta guía completa, exploraremos el mundo de las dovelas prefabricadas. Desglosaremos su proceso de fabricación industrial, cómo se instalan con las impresionantes dovelas para TBM (Tunnel Boring Machine) , analizaremos el precio de la dovela de concreto mediante un análisis detallado, y revisaremos las normativas y controles de calidad esenciales en el contexto mexicano.

Opciones y Alternativas Constructivas (Túneles)

Si bien el sistema de TBM con dovelas es una solución de alta tecnología, no es la única forma de construir bajo tierra. La elección del método depende del diámetro, la profundidad, la geología (roca o suelo blando) y el entorno.

Túnel Colado en Sitio (Concreto Lanzado y Cimbra Deslizante)

Este método, a menudo asociado con el NATM (Nuevo Método Austriaco de Tunelería), es una alternativa común. En lugar de anillos prefabricados, el soporte se logra aplicando concreto lanzado (shotcrete) directamente sobre el terreno excavado, en combinación con anclajes, mallas y cimbras.

• Ventajas: Es más flexible. Permite adaptar la forma del túnel y el espesor del revestimiento fácilmente si la geología cambia. Es ideal para roca competente.

• Desventajas: Es más lento que una TBM y no ofrece un soporte estructural inmediato y sellado, lo que lo hace menos adecuado para los suelos blandos, inestables y saturados de agua, comunes en el Valle de México.

Tubería Hincada (Pipe Jacking)

Este es un método trenchless (sin zanja) utilizado para diámetros medianos (por ejemplo, drenajes o colectores). El proceso implica el uso de potentes gatos hidráulicos en un pozo de lanzamiento que empujan secciones de tubería de concreto prefabricado a través del suelo.

• Ventajas: Su impacto en la superficie es mínimo. Reduce el caos vial, el ruido y las afectaciones a servicios en zonas urbanas hasta en un 90% en comparación con el método de cielo abierto.

• Desventajas: Es más lento que una TBM para distancias muy largas y está limitado a diámetros generalmente menores.

Marcos de Concreto Prefabricados (Box Culverts)

Los "Box Culverts" son elementos prefabricados con forma de "cajón" (cuadrados o rectangulares). Se utilizan comúnmente para crear pasos subterráneos (peatonales o vehiculares) y para sistemas de drenaje pluvial bajo carreteras o vías de tren.

• Ventajas: Fabricación controlada en planta y montaje extremadamente rápido en sitio.

• Desventajas: No es un método de tunelación. Requiere que la instalación se realice mediante el método de excavación a cielo abierto.

Excavación a Cielo Abierto (Corte y Relleno)

Es el método más tradicional y, en las condiciones adecuadas, el más económico. Consiste en excavar una zanja desde la superficie, construir la estructura del túnel (ya sea colada en sitio o ensamblando Box Culverts ) y, finalmente, rellenar la zanja.

• Ventajas: Es la opción más barata para profundidades someras, típicamente entre 1.5 y 4 metros.

• Desventajas: Es completamente inviable en zonas urbanas consolidadas y densas como el centro de la CDMX o Monterrey, ya que implica la interrupción total del tráfico y la reubicación de servicios públicos (agua, gas, electricidad).

Proceso Constructivo Paso a Paso: De la Fábrica al Túnel

El uso de dovelas para TBM implica un proceso industrializado y sincronizado que se divide en dos fases principales: la fabricación en planta y la instalación en el túnel.

Fabricación: Moldes de Precisión y Concreto de Alta Resistencia

El proceso de fabricación de dovelas es una línea de producción de alta precisión.

1. Armado: Se ensamblan las armaduras (parrillas de acero de refuerzo) y se colocan dentro de moldes metálicos de alta precisión. La exactitud dimensional del molde es crítica para la futura estanqueidad del túnel.

2. Vaciado: Se vierte concreto de alta resistencia, con especificaciones que a menudo superan f′c=400 kg/cm2 y con contenidos mínimos de cemento (ej. 380 kg/m3) para garantizar la durabilidad.

Curado (Vapor o Ambiental) y Desmolde

El concreto debe ganar resistencia antes de ser manipulado. En un proyecto de TBM, el tiempo es oro. El rendimiento de la TBM (que puede instalar 10 o más anillos al día) exige que la fábrica produzca cientos de dovelas diariamente.

Para lograr esto, se utiliza el curado a vapor. Las piezas se someten a temperaturas controladas (entre 40 y 55 °C) durante 6 a 8 horas. Este proceso acelera el fraguado y permite que la dovela alcance la resistencia mínima de desmolde (ej. 15 MPa) en horas, en lugar de días. Un fallo en esta etapa puede detener la TBM, generando costos desastrosos.

Logística y Transporte al Frente de Trabajo

Una vez curadas, las dovelas (que pueden pesar 4 toneladas cada una, como en el TEO ) se desmoldan cuidadosamente, a menudo con grúas viajeras equipadas con ventosas de vacío. Se marcan, inspeccionan y se llevan a patios de acopio. De allí, se transportan en camiones al portal del túnel y se introducen en trenes especiales que las llevan hasta la TBM.

Instalación con TBM (Montaje del Anillo con Erector)

La TBM es una fábrica móvil. Mientras su cabeza de corte excava el terreno , en su "cola" (la parte trasera del escudo) se construye el túnel.

El proceso es robótico: un brazo mecánico llamado "erector" toma los segmentos de concreto (dovelas) del tren de suministro. Siguiendo una secuencia precisa, el erector levanta y coloca cada segmento en su posición para formar el anillo de dovelas. Para avanzar, la TBM se "empuja" usando gatos hidráulicos que se apoyan contra el último anillo que acaba de construir.

Colocación de la Dovela Clave (Keystone)

Un anillo se compone de varios segmentos (por ejemplo, 7 u 8 en el TEO ). La última pieza que se coloca es la dovela clave (keystone). Esta pieza tiene una forma trapezoidal o de cuña. Se inserta a presión (a veces asistida por gatos ), "cerrando" el arco y expandiendo el anillo firmemente contra el escudo de la TBM, lo que le da estabilidad inmediata al conjunto.

Inyección de Grout (Lechada) en el Trasdós (Espacio entre dovela y terreno)

La TBM excava un diámetro ligeramente mayor que el diámetro exterior del anillo de dovelas. Este pequeño espacio anular (vacío), que queda entre el anillo y el terreno, se llama trasdós.

Es vital rellenar este espacio inmediatamente para evitar que el terreno se asiente (lo que causaría hundimientos en la superficie). Para ello, se inyecta a presión un grout (lechada). Este no es un concreto simple; es un material cementicio muy fluido, de alta resistencia , y a menudo expansivo , que rellena cada cavidad y transfiere uniformemente las cargas del terreno al nuevo anillo de dovelas.

Sellado de Juntas Internas

Garantizar la estanqueidad (que no entre agua) es el objetivo final, especialmente en túneles de drenaje como el TEO o túneles de metro bajo el nivel freático. Las dovelas se fabrican con ranuras especiales en sus bordes para alojar las juntas para dovelas de concreto.

Este sellado funciona con un sistema doble:

1. Juntas EPDM: Son perfiles de caucho (Etileno Propileno Dieno Monómero). Al unirse y comprimirse un segmento contra otro, este sello mecánico impide el paso del agua.

2. Perfiles Hidrofílicos: Como segundo seguro, muchas juntas incorporan una banda de material hidrofílico. Este material tiene la propiedad de expandirse al contacto con el agua , sellando activamente cualquier mínima filtración que pudiera escapar al sello EPDM.

Listado de Materiales

A continuación, se presenta una tabla con los materiales fundamentales involucrados en el proceso de fabricación e instalación de las dovelas prefabricadas.

Cantidades y Rendimientos de Materiales

Cuantificar los materiales es esencial para la logística de un proyecto de TBM. Usando el TEO como referencia , podemos establecer los siguientes rendimientos promedio.

Análisis de Precio Unitario (APU) - Ejemplo Detallado

Presentar un precio de dovela de concreto es complejo, ya que el costo depende del diámetro del túnel, las especificaciones del concreto y, sobre todo, la logística. Es crucial no confundir la dovela de 25MXN usada para losas de vigueta y bovedilla con una dovela de 4 toneladas para TBM.

El siguiente es un ejemplo de Análisis de Precio Unitario (APU) para la fabricación de una pieza de dovela.

ADVERTENCIA IMPORTANTE: Los siguientes costos son una estimación o proyección para 2025 basados en datos de finales de 2024. Son costos aproximados, sujetos a inflación, tipo de cambio y variaciones regionales significativas. El costo real dependerá de la amortización del equipo (moldes, planta de curado) y la escala del proyecto.

APU: Fabricación de dovela de concreto para túnel (Ø 7m, tipo TEO) - Proyección 2025 Unidad: Pieza (PZA) Rendimiento: 1 dovela ≈1.7 m3 de concreto; 120 kg/m3 de acero = 204 kg/pieza; Junta ≈8 ML.

Normativa, Permisos y Seguridad: Construye con Confianza

La fabricación e instalación de dovelas es un proceso de alta ingeniería regulado por estrictas normas de calidad y seguridad en México.

Normas Oficiales Mexicanas (NOM) y NMX Aplicables

Es importante notar que no existe una única Norma Mexicana (NMX) específica para "Dovelas de Túnel". La calidad se rige por un compendio de normas que aplican a sus componentes:

• NMX-B-506-CANACERO: Especifica los requisitos para la varilla corrugada de acero (Grados 42 y 52) utilizada en el refuerzo.

• NMX-C-414-ONNCCE: Rige las especificaciones del cemento hidráulico utilizado en la mezcla.

• NMX-C-401-ONNCCE: Aunque es para tubos de concreto de alcantarillado, establece precedentes para prefabricados de concreto destinados a drenaje y saneamiento.

• NOM-031-STPS-2011: Esta es la Norma Oficial Mexicana crítica para la seguridad. Establece las condiciones de seguridad y salud en las obras de construcción , definiendo los análisis de riesgo y el EPP obligatorio , especialmente para trabajos peligrosos como excavaciones y espacios confinados.

• Normativas Específicas (SCT, SACMEX): Para proyectos de infraestructura mayor, los organismos como la SCT o el Sistema de Aguas de la Ciudad de México (SACMEX) tienen sus propios libros de normas y especificaciones técnicas (como las Normas de Construcción de la CDMX) que dictan los requisitos exactos de calidad, pruebas y materiales.

¿Necesito un Permiso de Construcción?

La fabricación de dovelas se realiza en una planta industrial, que requiere permisos de operación y uso de suelo.

La instalación (la construcción del túnel) es parte de un proyecto de infraestructura mayor, el cual SÍ requiere una serie de permisos federales, estatales y/o municipales sumamente complejos. Esto incluye:

• Estudios Geotécnicos detallados.

• Manifestación de Impacto Ambiental (MIA).

• Permisos de construcción y uso de suelo.

• La firma de un Director Responsable de Obra (DRO) y Corresponsables en Seguridad Estructural, Geotecnia e Instalaciones, quienes avalan la seguridad y legalidad del proyecto.

Seguridad en el Sitio de Trabajo (Equipo de Protección Personal - EPP)

De acuerdo con la NOM-031-STPS , el trabajo en túneles se considera una actividad de alto riesgo. El EPP CRÍTICO para trabajos subterráneos y de instalación de dovelas incluye:

• Casco de seguridad con barbiquejo (para evitar que caiga en caso de movimiento).

• Gafas de seguridad y protección auditiva.

• Ropa de alta visibilidad (obligatorio en todo momento).

• Guantes anti-impacto (para el manejo e instalación de las piezas pesadas).

• Botas de seguridad con casquillo y suela anti-perforación.

• Equipo de respiración autónomo: Esencial para emergencias, rescate en espacios confinados, control de gases o falta de oxígeno.

Costos Promedio para diferentes regiones de México (Norte, Occidente, Centro, Sur)

ADVERTENCIA IMPORTANTE: Los siguientes costos son una proyección para 2025 y deben tomarse únicamente como estimaciones gruesas.

El costo de las dovelas prefabricadas está dominado por la logística. Transportar una pieza de 4 toneladas es extremadamente caro. Por esta razón, en megaproyectos como el TEO , es más rentable construir tres plantas de fabricación en sitio que transportar las dovelas desde una planta externa.

La siguiente tabla utiliza el costo del APU ($19,500 MXN) como línea base para la Región Centro (donde existe mayor capacidad instalada ) y proyecta la variación logística en otras regiones.

Usos Comunes en la Construcción

Las dovelas de concreto son la columna vertebral de la infraestructura subterránea moderna en México.

Túneles de Drenaje Profundo (Ej. TEO en CDMX)

Este es el uso más emblemático en la ingeniería mexicana reciente. El Túnel Emisor Oriente (TEO) y otros colectores profundos del sistema de drenaje de la CDMX dependen de los anillos de dovelas. Su función aquí es doble: proveer estabilidad estructural en el subsuelo complejo y, de manera crítica, garantizar la estanqueidad para manejar las aguas residuales y pluviales.

Túneles para Líneas de Metro (CDMX, Monterrey)

La expansión de las redes de transporte masivo en ciudades densamente pobladas utiliza este método. Tramos de la Línea 12 del Metro CDMX y proyectos similares en Monterrey o Guadalajara emplean TBMs y dovelas. Este método permite construir las líneas bajo edificios y avenidas principales con una mínima interrupción en la superficie.

Túneles de Conducción de Agua (Hidroeléctricas)

En proyectos hidroeléctricos, se construyen túneles de conducción para llevar agua a alta presión desde la presa hasta las turbinas. Los anillos de dovelas proporcionan un revestimiento liso, duradero e impermeable, ideal para esta aplicación.

Túneles Carreteros y Ferroviarios

Para atravesar la compleja geografía montañosa de México, proyectos de la SCT (carreteras) o ferroviarios (como el Tren Interurbano) pueden requerir túneles. Si la geología es de suelo o roca muy fracturada, el método de TBM con dovelas es una solución más segura y rápida que los métodos convencionales.

Errores Frecuentes y Cómo Evitarlos

La alta precisión del sistema de dovelas significa que pequeños errores pueden tener grandes consecuencias, siendo las filtraciones la más común.

• Mal curado (baja resistencia): No respetar los tiempos (6-8h) o temperaturas (40-55°C) del curado a vapor. Consecuencia: La dovela no alcanza la resistencia de desmolde y se daña (despostilla) durante el izaje.

• Tolerancias dimensionales incorrectas: Usar moldes desgastados o mal fabricados. Consecuencia: Falla en el ensamble del anillo. Los segmentos no embonan, la dovela clave no entra y, lo más grave, las juntas no comprimen adecuadamente, causando filtraciones.

• Daños durante el izaje o transporte (despostilladuras): Un mal manejo con la grúa o el erector. Consecuencia: Despostilladuras en los bordes de la dovela. Esto crea un punto de falla en el sello de la junta EPDM , generando una vía para las filtraciones.

• Mala colocación de la dovela clave: Insertar la keystone con alineación o presión incorrecta. Consecuencia: El anillo no queda presurizado uniformemente, generando puntos de esfuerzo que pueden llevar a fisuras.

• Sellado de juntas deficiente (filtraciones): Juntas sucias, mal instaladas en la ranura, o dañadas durante el montaje. Consecuencia: Filtraciones. Es el error más común y problemático en la vida útil del túnel, como se ha visto en infraestructuras de la CDMX.

• Inyección incompleta del grout de trasdós: No inyectar el volumen o la presión adecuada de grout en el espacio anular. Consecuencia: El anillo queda sin soporte uniforme. El terreno puede asentarse, causando hundimientos en la superficie y cargas puntuales sobre el anillo, lo que puede fisurarlo.

Checklist de Control de Calidad

Para evitar los errores anteriores, se debe implementar un riguroso plan de control de calidad en tres fases.

• Antes (En la Planta de Prefabricados):

  • [ ] Revisión de Moldes: Verificar dimensiones con láser (tolerancias milimétricas) y limpieza de los moldes.

  • [ ] Revisión de Acero: Verificar que el acero tenga el recubrimiento (separación del molde) y el diámetro especificado.

  • [ ] Pruebas de Concreto: Verificar diseño de mezcla, resistencia (f′c>400 kg/cm2 ) y revenimiento antes del colado.

  • [ ] Inspección de Juntas: Verificar que las juntas (EPDM/Hidrofílicas ) estén limpias y correctamente alojadas en sus ranuras.

  • [ ] Control de Curado: Monitorear la temperatura y el tiempo del ciclo de vapor con sensores.

  • [ ] Inspección Post-Desmolde: Revisar visual y dimensionalmente cada pieza. Buscar despostilladuras (especialmente en bordes), fisuras o defectos.

• Durante (Instalación en Túnel con TBM):

  • [ ] Secuencia de Montaje: Verificar que el erector sigue la secuencia correcta de instalación del anillo.

  • [ ] Alineación: Asegurar la correcta alineación y compresión de las juntas entre segmentos.

  • [ ] Presión de Dovela Clave: Verificar que la keystone se insertó con la presión especificada.

  • [ ] Control de Grout: Monitorear en tiempo real el volumen y la presión de inyección del grout de trasdós.

• Después (Post-Instalación):

  • [ ] Inspección Visual de Juntas: Realizar recorridos para inspeccionar visualmente las juntas entre anillos en busca de humedad o filtraciones activas.

  • [ ] Pruebas de Hermeticidad: (Si el proyecto lo requiere) Realizar pruebas de estanqueidad en el túnel terminado.

Preguntas Frecuentes (FAQ) sobre Dovelas de Concreto

¿Qué es una dovela cúbica?

Es un término común pero técnicamente inexacto. Se refiere a los segmentos prefabricados de concreto que, al unirse, forman el anillo estructural de un túnel. La forma real no es cúbica, sino trapezoidal y curva, para poder formar un círculo.

¿Cuánto cuesta una dovela de concreto en México (Proyección 2025)?

El costo varía enormemente. Una dovela pequeña para losa (vigueta y bovedilla) puede costar $25 MXN. Sin embargo, una dovela de concreto para túnel (tipo TEO o Metro), que pesa 4 toneladas, tiene un costo de fabricación estimado entre $18,000 y $22,000 MXN por pieza, según nuestro APU y proyección 2025.

¿Qué es una TBM y cómo instala las dovelas?

Una TBM (Tunnel Boring Machine) o Tuneladora es una fábrica subterránea móvil. Mientras su cabeza excava el terreno , usa un brazo robótico (llamado erector) para tomar las dovelas y ensamblar los anillos que forman el revestimiento definitivo del túnel.

¿Qué es la dovela clave o "keystone"?

Es la última pieza que se coloca en un anillo de dovelas. Tiene una forma de cuña (trapezoidal). Al insertarla, ejerce presión sobre el resto de los segmentos, "cerrando" y asegurando el anillo completo, dándole estabilidad inmediata.

¿Para qué sirve el grout de trasdós?

Es una lechada de cemento especial que se inyecta en el pequeño espacio (llamado trasdós) que queda entre el anillo de dovelas y el terreno excavado. Su función es rellenar ese vacío, transferir la carga del terreno al anillo y evitar hundimientos en la superficie.

¿Cómo se sella una junta entre dovelas para que no entre agua?

Se usan juntas de alta ingeniería. Generalmente, una junta de caucho EPDM que sella por compresión , y a veces se combina con un perfil hidrofílico que se expande al contacto con la humedad para bloquear cualquier posible filtración.

¿Quiénes son los principales fabricantes de dovelas en México?

Además de las grandes constructoras que fabrican para sus propios megaproyectos (como ICA en el TEO ), existen empresas especializadas en prefabricados de concreto pesado en México.

Videos Relacionados y Útiles

Proceso de Fabricación de Dovelas

Observe el proceso industrial en una planta de dovelas, desde el ensamblaje de armaduras y moldes [17, 18] hasta el desmolde.

Montaje de Anillo de Dovelas (Técnico)

Video técnico que muestra la secuencia de instalación de un anillo, incluyendo el uso de gatos y la colocación de la dovela clave.

¿Cómo funciona una TBM (Tuneladora)?

Explica cómo la TBM excava y utiliza el erector robótico para instalar los segmentos de concreto.

Conclusión

La dovela cúbica, mejor conocida en México como segmento de concreto para túneles, es mucho más que un bloque de concreto. Es una pieza de ingeniería de alta precisión que ha hecho posible las obras de infraestructura más ambiciosas y necesarias del país, desde el vital Túnel Emisor Oriente (TEO) hasta las líneas subterráneas del Metro que mueven a millones.

Hemos visto que su éxito no es un acto aislado, sino el resultado de un sistema complejo: una fabricación de dovelas con precisión milimétrica , un curado a vapor acelerado , una logística sincronizada y una instalación robótica con dovelas para TBM.

El verdadero desafío en el contexto mexicano, especialmente en el Valle de México, no es solo estructural (soportar la tierra), sino de estanqueidad (mantener el agua fuera). La clave del éxito a largo plazo de estas megaestructuras radica en los detalles: el sellado de las juntas (EPDM e hidrofílicas) y la correcta inyección del grout de trasdós. Comprender la tecnología de la dovela es entender cómo México construye su futuro bajo tierra, protegiendo a la superficie.

Glosario de Términos Clave

• TBM (Tunnel Boring Machine): Máquina tuneladora. Equipo integral que excava el túnel y coloca el revestimiento de dovelas simultáneamente.

• Dovela (Segmento): Pieza prefabricada de concreto armado que, unida a otras, forma un anillo de revestimiento del túnel.

• Dovela Clave (Keystone): Último segmento (en forma de cuña) que se instala en un anillo, cerrándolo y dándole estabilidad estructural.

• Trasdós: Espacio anular (vacío) que queda entre la parte exterior del anillo de dovelas y el terreno excavado por la TBM.

• Grout (Lechada): Mortero o cemento fluido y expansivo que se inyecta en el trasdós para rellenar el vacío y transferir las cargas del terreno.

• Juntas EPDM/Hidrofílicas: Sellos de caucho (EPDM) o materiales expansivos (hidrofílicos) colocados en los bordes de las dovelas para garantizar la estanqueidad (impermeabilidad) del túnel.

• Anillo (de dovelas): Estructura circular completa formada por la unión de varios segmentos (dovelas), que constituye el soporte del túnel.