Tuneladoras

TUNELADORAS

Objetivos

General

• Conocer y recopilar información sobre las Tuneladoras y las características importantes que estas presentan.

Específico

• Indicar el proceso de funcionamientos que tienen las Tuneladoras.

• Distinguir las ventajas y desventajas de los diferentes tipos de Tuneladoras que existen.

Introducción

La diversidad de construcciones y la innovación de las mismas, exige cada vez más a los profesionales conocimientos completos para poder cumplir con las exigencias de las personas y empresas que soliciten sus servicios, así mismo las maquinarias juegan un papel importante para poder cumplir con esos procesos y es por eso la necesidad de conocer a fondo sobre como son y su funcionamiento.

El presente trabajo es una recopilación de información sobre la Tuneladora en donde se muestra que es una Tuneladora, los tipos y además el uso que tiene la misma dentro de las construcciones y sostenimiento de los túneles.

Las maquinas Tuneladoras están haciendo grandes aportes al desarrollo de la movilidad y las construcciones civiles a nivel mundial. Estas máquinas son utilizadas para realizar túneles o galerías de trenes de alta velocidad, metros, conductos de acueducto y alcantarillado, ingreso y salidas de agua para hidroeléctricas, vías rápidas en autopistas y demás.

Este trabajo consistirá en analizar a varios tipos de tuneladoras, así como su funcionamiento y un pequeño análisis de los costos y rendimientos de las mismas.

Los resultados son una importante herramienta que permitirá, en las fases del planeamiento y en las que se dispongan los constructores, delimitar con el menor error posible, los parámetros que definirán sin duda la obra, el coste y el plazo.  

Tuneladora

Es una máquina capaz de excavar túneles de sección circular completa, brindando la facilidad al mismo tiempo y si es necesario de colocar un sostenimiento de la excavación ya sea de forma provisional o de forma permanente.

Se emplea el uso de esta máquina para poder realizar una perforación con mayor rapidez, exactitud y mayor seguridad para el personal.

La construcción de túneles mediante tuneladoras se inició, 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 más apropiada para la construcción de un túnel específico.

Para tratar de clarificar esta situación, en los apartados siguientes se presentan las características básicas de los diferentes tipos de tuneladoras actualmente existentes.

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.

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.

• Tuneladoras de roca dura (Topos)

También conocidas como T.B.M (Tunnel Boring Machine).

Inicialmente de crearon para 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 máquinas 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 láminas de algunos centímetros de longitud.

Actualmente la mayoría de los discos cortadores tienen un diámetro de 17 pulgadas y son empujados por una fuerza de unas 27 t.

Para poder sostenerse de la reacción de la cabeza cortadora y para avanzar la tuneladora, estas máquinas se apoyan en el terreno mediante unos grippers (patas de mecanismo hidráulico que permiten aferrarse a la tuneladora con el terreno).

Carga y transporte de escombros

En la tuneladora de roca dura, las partes trituradas de la roca excavada caen a la base del túnel, la carga del terreno excavado se realiza mediante 12 aberturas de paso llamados cangilones, incorporados en la cabeza cortadora, los cuales son una especie de cuchara que aprovechan el movimiento giratorio de la cabeza de la tuneladora para ir recogiendo los escombros y es arrastrado hacia arriba por el movimiento de giro.

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.

• Tuneladoras de Escudos

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, sobre todo 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.

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.

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.

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 terreno excavado. Este espacio, que normalmente está comprendido entre 15 y 20 cm, ha de ser rellenado; puesto que, en caso contrario, conllevaría en poco tiempo, un incremento de varios centímetros de la subsidencia que afectaría a la superficie. Normalmente, en los Escudos de Presión de Tierras, este espacio se rellena con un mortero de cemento que es inyectado con presiones de hasta 10 Kg/ cm2.

Con el objetivo de que el mortero inyectado no invada la zona de trabajo, protegida por el escudo, todas estas máquinas tienen en su cola un dispositivo denominado juntas de grasa.

Además de la presión de tierras en el frente y de la inyección de mortero a presión, en la superficie interior de las dovelas, es posible inyectar un lodo arcilloso en el hueco que existe entre la chapa del escudo y el terreno. Esta inyección de arcilla puede servir tanto para minimizar las fuerzas de rozamiento que se oponen al avance del escudo, como para mantener el terreno confinado y disminuir al máximo la subsidencia en la superficie exterior.

Cuando el escudo de presión

...