ESTIMACION DE COSTE Y PLAZO DE EJECUCION EN PROYECTOS DE TUNELES MECANIZADOS

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Ignacio Sáenz de Santa María Gatón - 8 -

2. ESTADO ACTUAL DE LA TECNOLOGÍA EN TUNELADORAS

2.1. TIPOS DE TUNELADORAS

En los apartados siguientes se presenta un resumen del estado actual de la tecnología

en tuneladoras así como los criterios actualmente admitidos para su utilización.

2.1.1. Tecnología de tuneladoras

La construcción de túneles mediante tuneladoras se inició, salvando actuaciones

históricas puntuales, en la segunda mitad del siglo XX y se ha manifestado de forma

espectacular en los últimos veinte años. Como consecuencia de la gran expansión

registrada en la construcción de túneles con tuneladoras, éstas han experimentado

unos cambios tecnológicos muy importantes que, a menudo, hacen complicada la

elección de la tuneladora mas apropiada para la construcción de un túnel concreto.

Para tratar de clarificar esta situación, en los apartados siguientes se presentan las

características básicas de los diferentes tipos de tuneladoras actualmente existentes.

Para intentar llegar a una mayor clarificación de conceptos se han diferenciado entre

los tipos básicos de tuneladoras y los derivados de ellas, que se han construido

mezclando los conceptos básicos.

2.1.2. Tipos básicos de tuneladoras

Existen dos tipos de tuneladoras que se han diseñado para ser utilizadas en terrenos

completamente diferentes: TOPOS que son tuneladoras diseñadas principalmente para

excavar rocas duras y medias sin gran necesidad de soporte inicial y por otro lado, los

ESCUDOS, que se utilizan en la su mayor parte en la excavación de rocas blandas y

en suelos, frecuentemente inestables y a veces por debajo del nivel freático, en

terrenos saturados de agua.

En el cuadro de la Figura 1 se representan las características más relevantes de estos

tipos de maquinas que se comentan en los apartados siguientes.

2.1.2.1. Tuneladoras de roca dura

Las tuneladoras de roca dura se conocen también como T.B.M (Tunnel Boring

Machine) o simplemente “topos”.

Su desarrollo inicial se orientó a resolver la construcción totalmente mecanizada de los

túneles hidráulicos, en los que la sección circular de excavación resulta la más

apropiada.

Las tuneladoras de roca dura son maquinas relativamente simples, pero muy robustas,

que realizan los procesos elementales del ciclo de trabajo en la forma que se expone a

continuación.

Excavación: La excavación del terreno se realiza empujando contra él unos discos de

metal duro que producen la rotura del terreno por compresión, de tal forma que los

fragmentos resultantes tienen forma de laja de algunos centímetros de longitud. ESTIMACION DE COSTE Y PLAZO DE EJECUCION EN PROYECTOS DE TUNELES MECANIZADOS

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Actualmente la mayoría de los discos cortadores tienen un diámetro de 17 pulgadas y

son empujados por una fuerza de unas 25 t.

En la fotografía 1 se ve la cabeza cortadora de la tuneladora utilizada en la galería para

el transporte de gas desde Holanda a Italia.

Fotografía 1.- Cabeza cortadora de la tuneladora utilizada

en la tubería de transporte de Gas entre Holanda e Italia.

Fig. 1. Cuadro resumen de características tipo de tuneladorasESTIMACION DE COSTE Y PLAZO DE EJECUCION EN PROYECTOS DE TUNELES MECANIZADOS

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Para poder absorber la reacción de la cabeza cortadora y para avanzar la tuneladora,

estas máquinas se apoyan en el terreno mediante unos grippers, como los que se

ilustran en la fotografía 2.

Fotografía 2.- Vista de uno de los grippers de la tuneladora

utilizada en la galería experimental de Tarifa.

Carga y transporte de escombros: En la tuneladora de roca dura, la carga del terreno

excavado se realiza mediante unos cangilones, incorporados en la cabeza cortadora.

En la fotografía 3 se puede observar el detalle de un disco cortador y un cangilón de

carga, de una de les tuneladoras que va a construir el Túnel de Lostchberg, en Suiza.

Fotografía 3.- Detalle de un cortador y un cangilón de carga de una de las tuneladoras que va a

construir el Túnel de Lostchberg, (Suiza).ESTIMACION DE COSTE Y PLAZO DE EJECUCION EN PROYECTOS DE TUNELES MECANIZADOS

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Cuando gira la cabeza, los cangilones llegan a la posición más alta, vertiendo los

escombros sobre la canaleta que los conduce a una cinta transportadora situada en el

eje de la maquinaria. Esta cinta puede verter dichos escombros sobre vagonetas, para

su posterior transporte al exterior del túnel y, a continuación, al vertedero.

Sostenimiento y revestimiento: En la mayor parte de los túneles construidos con

tuneladora de roca dura, el sostenimiento se hace mediante sistemas de bulones,

cerchas y hormigón proyectado. A veces, cuando el terreno es de buena calidad, el

acabado perfecto que tiene la excavación con tuneladora permite prescindir de algún

tipo de sostenimiento.

Cuando se considera necesario colocar un revestimiento, este se hace a base de

hormigón, normalmente encofrado y, a veces, proyectado.

En lo referente al campo de aplicación de estas máquinas, se ha de decir que, respecto

a los diámetros de excavación, las mayores tuneladoras construidas están próximas a

los 13 m, aunque los diámetros más utilizados están comprendidos entre los 6 y los 12

m.

En cuanto a las características del terreno, el límite superior está condicionado por la

resistencia a compresión simple de la roca intacta y por el contenido en cuarzo o

minerales equivalentes.

Para contenidos en cuarzo del orden del 60% y una resistencia a compresión de 200-

250 Mpa, las tuneladoras comienzan a estar en el límite superior de sus posibilidades.

El hecho de que estas máquinas deban apoyar los grippers en el terreno, impone un

límite inferior de resistencia del terreno para que la máquina pueda avanzar.

2.1.2.2. Escudos de presión de tierras

Los Escudos de Presión de Tierras, también llamados tuneladoras E.P.B. (Earth

Pressure Balanced), se han inventado para resolver el problema que plantea la

estabilidad del frente de excavación cuando el terreno es inestable.

Esta situación se produce en los túneles excavados en terrenos de tipo suelo,

sobretodo si están situados por debajo del nivel freático o cuando el terreno está

constituido por una roca blanda y, la profundidad a la que se ha de excavar el túnel es

considerable.

Para controlar la estabilidad del frente del túnel los Escudos de Presión de Tierras

amasan los terrenos excavados empujándolos contra el frente mediante unos cilindros

hidráulicos que empujan la cabeza de corte.

En función de la granulometría del terreno y de su grado de humedad, esta será más o

menos fácil de amasar; por eso cuando existen dificultades con el amasado hay que

acondicionar el terreno añadiendo agentes como espumas, polímeros o suspensiones

de arcillas.

Para mantener la presión de tierras en la cámara de excavación, la extracción de las

tierras excavadas, se realiza mediante un tornillo de Arquímedes estanco que, en los

escudos de mayor diámetro, lega a medir 1,5 m. de diámetro. ESTIMACION DE COSTE Y PLAZO DE EJECUCION EN PROYECTOS DE TUNELES MECANIZADOS

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A diferencia de las tuneladoras de Roca Dura, los Escudos de Presión de Tierras no se

apoyan sobre el terreno; sino que lo hacen sobre el revestimiento del túnel que,

siempre está constituido por anillos de dovelas. Este apoyo se realiza mediante unos

cilindros hidráulicos que, tal como se muestra en la fotografía 4 constituyen un

auténtico anillo de empuje en la parte posterior del escudo.

Fotografía 4.- Cilindros de empuje de la tuneladora utilizada en el túnel del Periférico Norte de

Lyon.

Los Escudos de Presión de Tierras disponen de una estructura metálica que aísla

totalmente la excavación realizada del terreno y permite colocar el revestimiento sin

que exista interferencia alguna por parte del terreno excavado.

De esta forma, físicamente un Escudo de Presión de Tierras tiene, externamente, el

aspecto de un cilindro metálico; tal como se muestra en la fotografía 5.

Fotografía 5.- Escudo de Presión de Tierras utilizada en el Metro de Valencia, al llegar a una

estación.ESTIMACION DE COSTE Y PLAZO DE EJECUCION EN PROYECTOS DE TUNELES MECANIZADOS

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Dado que el anillo de dovelas se arma completamente dentro del escudo, es necesario

que el diámetro exterior del escudo sea mayor que el diámetro externo del anillo de

dovelas.

De esta forma, al ir avanzando el escudo, los anillos de dovelas, ya montados, salen

del interior del escudo dejando un espacio entre su superficie externa y el

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