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Método alemán de construcción de túneles

metodo-alemanEl método alemán es un procedimiento de construcción de túneles de grandes luces que también se emplea cuando el terreno es muy malo y resulta peligroso descalzar parte de la bóveda para ejecutar los hastiales, como es el caso del método belga. Con este procedimiento se puede reaccionar con mayor rapidez que el método belga en el caso de aparecer agua, en terrenos sueltos o capas arenosas. Además, permite reducir los posibles asientos diferenciales que producirían grietas en la bóveda y asientos en superficie.

El sistema sería conceptualmente parecido al método belga, pero cambiando el orden las fases de ejecución y la propia ejecución de la bóveda. El procedimiento inicia la excavación con dos galerías de avance, fase 1; se hormigonan los hastiales para después proceder a la excavación de las fases 3 y 4, se procede al recubrimiento de la bóveda y, por último se excava la parte central, fase 5, con el fin de facilitar la entibación y el apuntalamiento de la parte superior. El avance de las galerías (fase 1) se suele realizar por tramos de 25 a 30 m, dependiendo del tipo de terreno; sin embargo, si el túnel no es muy largo (menos de 200 m, por ejemplo) se puede excavar de un tirón. Estas galerías son muy útiles si es necesario drenar agua durante la ejecución. El hormigonado de la bóveda no apoya sobre el terreno (método belga), sino sobre los estribos hormigonados. Esta bóveda se ejecuta por costillas, construidas de forma alterna. Es decir, se construye la galería central superior y cada semicostilla se ataca desde la parte superior del hastial antes de verter hormigón. Se hormigona la bóveda una vez excavada a través de la galería superior. Este procedimiento permite la construcción de grandes secciones de túnel sin que el frente abierto supere los 3-5 m2.

Os dejo un par de vídeos donde se explica con mayor detalle el método. Espero que os sean útiles.

 

Referencias:

MARTÍ, J.V.; YEPES, V.; GONZÁLEZ, F.; ALCALÁ, J. (2012). Técnicas de voladuras y excavación en túneles. Apuntes de la Universitat Politècnica de València. Ref. 530, 165 pp.

MELIS, M.J.; TRABADA, J.M. (2000). Construcción de una estación en caverna de gran luz. La estación de Guzmán el Bueno. Revista de Obras Públicas, 3485:85-90.

 

21 Noviembre, 2016
 
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El método inglés de excavación de túneles

metodo-inglesLa excavación de túneles en arcillas y areniscas, terrenos típicos en Inglaterra, ha dado nombre al procedimiento de construcción de túneles a sección completa, en una sola operación. También se llama método de ataque a plena sección. Se aplica a túneles de pequeña sección, de no más de 15 m2, con lo cual se puede corregir cualquier imprevisto que surja durante la excavación. Este procedimiento constructivo se utilizó en el primer túnel bajo el Támesis (1825), que pudo realizarse gracias a un escudo de frente abierto.

El proceso de excavación comienza, en su fase 1, con una galería centras de sección pequeña y fácil de controlar, de unos 3 m2 y una longitud de 3-4 m. La excavación se entiba con puntales y tablones o con placas metálicas. Una vez asegurada la fase 1, se puede ampliar la excavación hacia los laterales, en la fase 2. Este proceso es más rápido al atacar los laterales. Posteriormente se excavan en franjas horizontales, en las fases 3 y 4. Una vez se ha excavado la sección completa del túnel, se procede al revestimiento, comenzando por la solera o contra-bóveda.

Este procedimiento presenta la ventaja de que el hormigonado se realiza de una sola vez, evitando juntas y posibles asientos. Sin embargo, hay que tener en cuenta que no se hormigona la sección hasta el final de la excavación, con lo que en cualquier momento se puede producir un fallo en el sostenimiento. Es por ello que el material requiere de un mínimo de cohesión para poder excavar la destroza y la contra-bóveda en una única fase. También se podría utilizar el método en roca, cuando no hay necesidad de revestimiento.

Os dejo a continuación varios vídeos sobre la construcción del metro bajo el Támesis, obra de Sir Marc Isambard Brunel. Espero que os guste.

Referencias:

MARTÍ, J.V.; YEPES, V.; GONZÁLEZ, F.; ALCALÁ, J. (2012). Técnicas de voladuras y excavación en túneles. Apuntes de la Universitat Politècnica de València. Ref. 530, 165 pp.

17 Noviembre, 2016
 
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Método Bernold de ejecución de túneles

Construcción con método Bernold. Túnel de Jeresa (Fotografía: M. Romana)

Construcción con método Bernold. Túnel de Jeresa (Fotografía: M. Romana)

El método ideal de perforación de un túnel sería aquel que permitiese excavar el perfil y hormigonar la bóveda de un túnel simultáneamente. El método Bernold de ejecución de túneles consiste en la colocación, inmediatamente después de la excavación, de un sostenimiento rígido compuesto por cerchas sobre las que se monta una chapa troquelada denominada chapa Bernold, dejándose hasta la superficie de excavación una distancia igual al espesor del recubrimiento. Posteriormente se hormigona detrás de la chapa, sirviendo ésta como encofrado perdido y armadura. Esta es una opción válida para macizos de calidad mala o muy mala, aunque, según indica Romana (2001), su utilización ha decaído en España debido a la popularización del Nuevo Método Austríaco. Este sistema incorpora los siguientes elementos:

  • Chapas metálicas troqueladas, onduladas y curvadas, de 2 a 3 mm. de espesor y 1 m2 de superficie útil, solapadas y unidas entre sí por medio de pasadores también metálicos.
  • Cimbras de montaje o cerchas, formadas por perfiles de acero de ala ancha (HEB) con 3 o 4 articulaciones que facilitan el montaje de la chapa a la que sirven de soporte.
  • Tubos separadores metálicos, para arriostrar las cimbras y fijar su distancia. Las cerchas llevan unas chapas preparadas para encajar los separadores en ellas.

La aplicación del sistema Bernold es compatible con el control y gunitado del terreno y además proporciona un refuerzo adicional con el recubrimiento final del túnel realizado con los elementos anteriores, de la siguiente forma: Conforme se va realizando la excavación se van colocando las cimbras de montaje, arriostradas con los tubos separadores. La distancia entre cimbras es normalmente de 0,96 m. Partiendo de la base y a cada lado de la sección, se va montando la chapa Bernold, solapando y uniendo los sucesivos tramos con pasadores hasta llegar a la clave del túnel.

Chapa Bernold

Chapa Bernold

Colocada la chapa se hormigona el hueco que queda entre ella y la superficie del terreno, que debe tener un espesor mínimo de 1/15 a 1/20 del radio de la sección. Las ranuras de la chapa facilitan su adherencia y completa unión con el hormigón al refluir éste por ellas y por los huecos que quedan entre los solapes de los tramos contiguos; al mismo tiempo, estas ranuras facilitan la eliminación del agua sobrante durante el vibrado.

El hormigón que se emplea tiene una dosificación de cemento de 250-300 kg/m3, una relación a/c = 0,4-0,5 y un tamaño máximo de áridos de 30 mm. El tape frontal es perdido y se realiza normalmente con metal deplové o nervometal.

Como en cualquier método de excavación-entibación, el sistema Bernold puede combinarse con el bulonado, la inyección u otros medios de refuerzo complementario, aunque las cerchas y la chapa por su forma, ya constituyen un medio altamente resistente y capaz de absorber cargas disimétricas. Su empleo es muy recomendable en las zonas de boquillas y en el cruce de fallas o zonas tectonizadas.

Fuente: Tedesa, técnicas de entibación, s.a. http://www.dfdurofelguera.com/catalogo_tedesa/prod/prod_cat/chapa/Bernold/bernold.pdf

Fuente: Tedesa, técnicas de entibación, s.a. http://www.dfdurofelguera.com/catalogo_tedesa/prod/prod_cat/chapa/Bernold/bernold.pdf

Referencias:

MARTÍ, J.V.; YEPES, V.; GONZÁLEZ, F.; ALCALÁ, J. (2012). Técnicas de voladuras y excavación en túneles. Apuntes de la Universitat Politècnica de València. Ref. 530, 165 pp.

ROMANA, M. (2001). Recomendaciones de excavación y sostenimiento para túneles. Revista de Obras Públicas, 148(3408):19-28. (link)

18 Mayo, 2016
 
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Cargadoras LHD para obras subterráneas

 

Cargadora LHD Scooptram ST1030LP

Las labores de extracción de material en obras subterráneas y túneles no es una tarea sencilla. Al poco espacio de maniobra hay que añadir los problemas derivados de la ventilación de espacios cerrados y problemas de seguridad y salud que afectan a los trabajadores.

Este tipo de cargadoras se desarrollan para las más duras aplicaciones subterráneas, con objetivos orientados a economizar la producción, incrementar la seguridad y fiabilidad.  Este equipo de cargador LHD (load haul dump) es especialmente adecuado para trabajar debajo de condiciones difíciles, como estrechos, de baja altura y lugares de trabajo con lodo.

En este sentido, las cargadoras LHD,
de perfil bajo, empleadas en este tipo de obras adquieren características especiales. Su diseño es compacto, tanto en altura como en anchura. Su radio de giro es mínimo (articuladas), lo que le permite una gran maniobrabilidad en zonas estrechas. Son muy productivas en recorridos cortos o medios (hasta 1000 m). Pueden ser de accionamiento eléctrico o mediante motores diésel.

Para distancias inferiores a unos 500 m y túneles de pequeña y mediana sección, se utiliza una pala con un cazo de gran capacidad (3m³) que carga el escombro del frente y lo lleva hasta el exterior. La máquina no gira, sentándose el maquinista de forma lateral para conducir en ambas direcciones. Para distancias mayores se utilizan zonas de acopio intermedio de escombros.

Con marcos optimizados, una fuerza motriz muy potente, avanzada tecnología de transmisión, tracción, controles de dirección articulados y ergonómicos, son extremadamente resistentes, muy maniobrables y excepcionalmente productivas. Estas máquinas presentan una capacidad de 1 a 25 toneladas.

 

Un cargador SANDVIK LH517. Wikipedia

Os paso varios vídeos para que podáis ver su funcionamiento. Espero que os gusten.

En este podemos ver un cargador Frontal de bajo perfil, marca Tamrock, modelo Toro 007, Sandvik.

Referencias:

MARTÍ, J.V.; YEPES, V.; GONZÁLEZ, F.; ALCALÁ, J. (2012). Técnicas de voladuras y excavación en túneles. Apuntes de la Universitat Politècnica de València. Ref. 530, 165 pp.

YEPES, V. (2015). Coste, producción y mantenimiento de maquinaria para construcción. Editorial Universitat Politècnica de València, 155 pp. ISBN: 978-84-9048-301-5. Ref. 402.

YEPES, V. (2014). Maquinaria de movimiento de tierras. Apuntes de la Universitat Politècnica de València. 148 pp.

12 Abril, 2016
 
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Escudos EPB de gran diámetro

Sin títuloA continuación os dejo un vídeo de la empresa Herrenknecht del funcionamiento y aplicabilidad de los escudos EPB de gran diámetro. Espero que os guste.

 

29 Octubre, 2015
 
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Hormigón proyectado: gunitado

La técnica del gunitado, también conocida como hormigón proyectado, es un sistema constructivo consistente en proyectar con un “cañón”, o manguera a alta presión, hormigón o mortero pudiendo construir sobre cualquier tipo de superficie, inclusive la tierra, con el objetivo de conseguir un muro continuo, con mayor resistencia y menor espesor, para soportar y contener la presión ejercida por el terreno, con cualquier tipo de pendiente, ofreciendo una impermeabilización óptima gracias a la baja porosidad. Una de las grandes ventajas respecto al hormigón tradicional es que no precisa compactación (tampoco el autocompactante), por lo que se puede adaptar a superficies de todo tipo y geometría. La velocidad de impacto es la que compacta inmediatamente el material. El hormigón proyectado es actualmente un elemento indispensable en los procedimientos de sostenimiento y revestimiento estructural de túneles y taludes.

Este hormigón se llamó originalmente “Gunite” o Gunita, cuando Carl Akeley diseñó un duplicado de pistola de cemento de cámaras en 1910. Su aparato neumático aplicó una mezcla de cemento-arena a gran velocidad a la superficie prevista.

Podemos distinguir tres procesos distintos de gunitado: mezcla seca, mezcla húmeda y mezcla semi-húmeda. En el proceso de mezcla seca, introduce y se mezcla el agua necesaria en la boquilla de aplicación, que el material seco de cemento (cenizas, escorias, humo de sílice, etc) y los agregados son entregados a través de la pistola. El proceso de mezcla húmeda utiliza hormigón entregado a la tarea que esté bien mezclada con exclusión de los aceleradores necesarios. Los ingredientes son generalmente entregados en camiones mezcladoras de hormigón listos, como se hace con el hormigón normal.

Os dejo el siguiente enlace de Alberto Rey donde podéis ampliar la información al respecto: http://www.ciccp.es/ImgWeb/Castilla%20y%20Leon/Art%EDculos%20T%E9cnicos/Hormigon%20Proyectado.pdf . También os dejo varios vídeos sobre cómo se aplica la técnica. Espero que os gusten.

Máquinas de gunitar por la vía seca:

(más…)

19 Septiembre, 2013
 
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Construcción de túneles mediante empuje de tramos sucesivos

Una forma de construir un túnel consiste en ir empujando, mediante gatos, tramos sucesivos. Este método es similar al de los cajones empujados. A continuación os paso una infografía realizada por  Hispana y Estudio da Vinci, en León, sobre este procedimiento constructivo empleado por la empresa española OPEMA. Espero que os guste.

18 Septiembre, 2013
 
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Ventilación en minas y túneles en fase de construcción

Ventilación túnel. Cortesía de Torres Servicios Técnicos

La ventilación en minas y túneles constituye una operación fundamental cuya función es la de renovar el aire, diluir los gases contaminantes y polvo y controlar los humos en caso de incendio. Esta operación asegura unas condiciones ambientales no peligrosas para la circulación (respiración y visibilidad) y en caso de incendio garantiza las condiciones de evacuación y de intervención de los equipos de emergencia. En base al volumen de los gases nocivos emitidos, se adecua el volumen de aire limpio y fresco necesarios.

Existen diferencias entre la ventilación en fase de construcción y de explotación, pues en la primera se emiten más contaminantes, principalmente en la zona del frente de avance, estando además allí los operarios durante toda la jornada de trabajo. Otra diferencia importante en la ventilación durante la construcción de un túnel es que sólo tiene una entrada, por lo que la ventilación debe conseguirse asegurando la circulación desde la entrada hasta el frente de avance.

Básicamente, se pueden adoptar tres tipos de ventilación en construcción:

  • Ventilación aspirante: en ella se emplea la conducción del aire como aspirante (tubería rígida) extrayendo el polvo y los gases a su través. El aire entra por la boca del túnel y atraviesa toda su sección hasta llegar al frente de avance, mezclándose así con los distintos contaminantes que puedan existir. Un ventilador acoplado a la tubería hace que el aire del frente entre en ésta y sea expulsado por su otro extremo al exterior del túnel.

Ventilación aspirante. Fuente: construmatica.com

 

  • Ventilación soplante: se alimenta el frente de ataque con aire a través de la tubería de impulsión, saliendo el aire sucio a través de la galería que se está perforando. El tapón de humos, gases y polvo que ocupa el fondo del túnel es removido por el aire fresco soplado por la tubería, siendo así diluido y empujado a lo largo del túnel hasta su emboquille, por donde es expulsado hacia el exterior.

Ventilación soplante. Fuente: construmatica.com

 

  • Ventilación mixta: es una combinación de las anteriores; cuando se produce la pega (voladura) se adopta la disposición aspirante y una vez estraída la mayor parte de los gases sucios, se cambia a soplante.

Ventilación mixta. Fuente: construmatica.com

 

La ventaja de la ventilación aspirante es que los gases y el polvo retornan por la tubería evitando que los respire el personal. Además, tras el disparo de las voladuras los gases y humos se eliminan rápidamente. Por contra, se requiere una tubería rígida o si es de lona deben estar armadas con una espiral de acero, el aire entra por el túnel lentamente, la ventilación aspirante deja algunas zonas del frente mal ventiladas, precisa una mayor potencia instalada y genera mayores pérdidas de carga.

Cuando la obra subterránea presenta una gran longitud, es práctica frecuente la utilización de dos o más ventiladores instalados en serie. Con esta disposición de racionaliza la utilización, añadiendo ventiladores a medida que avanza el frente hasta la instalacion final para el último tramo de obra.

Os dejo un vídeo donde se explica la ventilación de un túnel en construcción. Espero que os guste.

Referencias:

MARTÍ, J.V.; YEPES, V.; GONZÁLEZ, F.; ALCALÁ, J. (2012). Técnicas de voladuras y excavación en túneles. Apuntes de la Universitat Politècnica de València. Ref. 530, 165 pp.

 

12 Agosto, 2013
 
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La técnica del bulonaje

Un bulón o perno es un elemento normalmente metálico que tiene como objetivo reforzar y soportar rocas fracturadas o incompetentes para prevenir su rotura. Sería cualquier tipo de mecanismo de soporte que, insertado en el interior del terreno, le proporcionaría un aumento de rigidez o de resistencia a tracción y corte. El bulón, cuando el terreno quiere deformarse, introduce unos esfuerzos adicionales en el macizo que contribuyen a su estabilidad general. Se puede decir que “cosen” las discontinuidades del macizo rocoso, impidiendo deslizamientos y caídas de cuñas y bloques, y por otra parte aportan al tereno un efecto de confinamiento.

La longitud de un bulón, (más…)

10 Agosto, 2013
 
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Construcción de túneles mediante precorte mecánico o “Premill”

El método de precorte con revestimiento previo a la excavación, denominado precorte mecánico, preserraje mecánico de anillos o “premill”, consiste en la realización de un corte al avance, a partir del frente de excavación en el trasdós de la sección del túnel. Este método se emplea en suelos y rocas blandas, preferentemente por encima del nivel freático.

Este procedimiento constructivo se enmarca dentro de los métodos denominados de presostenimiento al avance, especialmente idóneos para la ejecución de túneles en entornos urbanos o semiurbanos, debido a la limitación de deformaciones superficiales (subsidencias) que producen en las estructuras y servicios situados por encima de la clave.

Con el método de precorte mecánico se produce un confinamiento del frente de excavación, previo a la realización de la misma, con indudables ventajas añadidas de cara a la estabilidad del mismo.

Máquina de precorte mecánico

Este corte se efectúa con una máquina específica a través de una especie de sierra de corte, que consta de dientes de widia. La ranura resultante se rellena, a continuación, con hormigón proyectado de fraguado rápido realizado por vía seca o húmeda, obteniéndose, de esta forma, una bóveda estabilizante.

Una vez ha fraguado el hormigón de la bóveda, esta asegura la estabilidad de la cavidad, constituyendo el sistema de sostenimiento. Posteriormente se efectúa la excavación del material que queda bajo la bóveda. Adicionalmente, pueden realizarse refuerzos con cerchas o bulones. El sistema exige una gran superficie de frente abierto para que pueda pasar el bastidor, y exige colocar a tiempo la riostra de solera necesarias para acodalar las tejas de la sección correspondiente, de forma provisional hasta que se cierren con la solera, que debe ir siempre algo retrasada por motivos constructivos.

En España se ha utilizado en los túneles ferroviarios del Goloso (Madrid), ampliación de la línea VI del Metro de Madrid y túneles de la M-40 en el Monte del Pardo, también en Madrid. Premesa, la licenciataria en España del método Premill, construyó 2 enormes máquinas para su utilización en los túneles de El Pardo. La cuchilla de cada máquina presenta 5 m de longitud y corta una abertura de 30 cm. de anchura. Cada ciclo Premill de 14 m., comienza con el corte de una sección de aproximadamente 2 m. alrededor del perfil de la bóveda, hasta alcanzar una profundidad de 4,5 m.

El método de precorte mecánico posee algunas analogías con el Nuevo Método Austriaco (NMA) para la construcción de túneles. De hecho se pueden utilizar, en algunos casos, los mismos elementos de sujeción inmediata, como el hormigón proyectado, bulones de anclaje y cerchas. No obstante, la diferencia fundamental reside en el hecho de que con el precortemMecánico el revestimiento preliminar de hormigón se realiza al  avance respecto al frente de excavación, en una longitud de 3 a 5 m, mientras que en el NMA el revestimiento previo sigue a la excavación del frente a una cierta distancia.

Esta característica constituye la ventaja fundamental del método de precorte mecánico, pues el comportamiento de la formación por donde discurre el túnel está condicionado, de forma fundamental, por la sucesión de operaciones en el frente de excavación.

Referencias:

Pérez, R.; Rojo, J.L. (1999). El método de precorte mecánico (Premill (R))Ingeopress, 72:62-72.

 

17 Julio, 2013
 
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