Categoría: túneles

Rozadora o minador de eje transversal (ripping)

Las rozadoras o minadoras son máquinas autoportantes en las que la excavación se realiza mediante la incidencia del útil de corte contra el terreno. Tienen, además, los elementos necesarios para recoger el material excavado y descargarlo en el medio auxiliar previsto para su evacuación.

La excavación con rozadora es eficaz en rocas blandas o muy alteradas, en terrenos de tránsito o en suelos con cierta cohesión y estabilidad. En suelos heterogéneos, tienen la ventaja de poder adecuar y dirigir el esfuerzo de la máquina a la resistencia del terreno en cada punto.

Las rozadoras de ataque frontal (“ripping”, en inglés) hacen girar el cabezal alrededor de un eje horizontal, perpendicular al brazo de la máquina. Este tipo de máquinas es el más común en las obras civiles. Intervienen tres fuerzas en el arranque de las picas. El par de corte es proporcionado por el motor que acciona la cabeza de corte. La fuerza horizontal se ejerce por el giro del brazo y la fuerza vertical por el peso de la rozadora. Aprovecha bien el empuje en la dirección perpendicular al frente del túnel. El tipo de pica más común es la pica cónica.

En un artículo de Laureano Cornejo podréis ampliar más sobre este tipo de máquinas: http://ropdigital.ciccp.es/pdf/publico/1985/1985_marzo_3234_05.pdf

En el siguiente vídeo podremos ver la construcción del segundo túnel de Tabaza (Avilés, Asturias) con el minador Westfalia.

En este otro vídeo se puede ver la construcción de un túnel mediante un minador de ataque frontal Sandvik MT 720 (Lurpelan):

Otro vídeo donde se ve perfectamente el trabajo de la máquina:

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.

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Esta obra está bajo una licencia de Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-SinObraDerivada 4.0 Internacional.

Ventilación en minas y túneles en fase de construcción

http://geologiavenezolana.blogspot.com.es

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 instalación 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.

 

La técnica del bulonaje

Figura 1. Anclaje pasivo con bulón. http://cimentacionesyaplicaciones.blogspot.com.es

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, por razones constructivas, suele estar comprendida entre 1,5 y 10 m. Se colocan en el interior del terreno desde una superficie libre, a través de un taladro. Sin embargo, la fuerza que puede soportar cada bulón es relativamente reducida, lo cual implica una densidad de aplicación elevada. Es habitual el uso de barras de acero de 20 a 40 mm de sección, admitiendo cargas del orden de 10 a 25 t.

Figura 2. Perno sujetando cables y mallazo en las proximidades del embalse de Loriguilla (Valencia). Fotografía: V. Yepes (2021)

Podemos distinguir un bulón de un anclaje por cables en dos aspectos fundamentales:

  • Su longitud, que raramente supera los 10 m, siendo habitual longitudes comprendidas entre 2 y 5 m.
  • Su fuerza resistente. El bulón no se tesa como el anclaje a una fracción importante de su carga de rotura.
Figura 2. Perno de anclaje SPLITBOLT(C). Cortesía de Aceros Arquipa.

Los primeros bulones que se utilizaron en una cantera de pizarras de Angers, al norte de Gales, (1872) eran de madera seca, donde se clavaban perpendicularmente a los planos de esquistosidad para lograr el cosido. Por efecto de la humedad del terreno, se conseguía un anclaje continuo debido al hinchamiento higroscópico de la madera. En minería subterránea, el primer empleo de este sistema de sostenimiento se produce a finales del siglo XIX en una mina cercana al río Missouri, en Estados Unidos. Sin embargo, no es hasta finales de la Segunda Guerra Mundial, en Estados Unidos, cuando se produce la gran expansión de esta tecnología. Con el «Nuevo Método Austríaco«, la tecnología del bulonaje y del gunitado se convierte en pieza fundamental en la construcción de túneles.

Los elementos funcionales de un bulón son los siguientes:

  1. Un dispositivo de aplicación y reparto de fuerzas sobre la superficie libre del terreno, que generalmente es una placa metálica de reparto, que se solidariza al sistema mediante una tuerca o anillo con su arandela.
  2. Un elemento transmisor de esfuerzos desde la superficie al interior del terreno, que suele ser una barra o tubo cilíndrico, normalmente de acero, aunque también pueden ser de otros materiales como el poliester o la fibra de vidrio.
  3. Un elemento o técnica de anclaje que solidariza el sistema en el interior del terreno. Así pueden existir bulones con anclaje puntual por cuña o por cabeza de expansión, o bien bulones con  anclaje repartido, que puede ser mecánico (torsión del tubo, presión de aire, ajuste de barra) o químico (inyección de cemento o resina).

La técnica continúa empleándose con gran profusión debido a sus indudables ventajas:

  • Simpleza
  • Funcionalidad
  • Relativa economía frente a otros tipos de sostenimiento
  • Permite usarse como soporte temporal o permanente, y en función de ello, las características del bulón a emplear son muy diferentes
  • Permite reducir la sección transversal en las excavaciones
  • Admite total mecanización.

Hoy día el tipo de pernos de anclaje es muy variado. Os dejo un vídeo donde se explican sus variantes.

En este vídeo podemos ver el anclaje SPLITBOLT®, en un vídeo de Aceros Arequipa.

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.

http://www.dsiunderground.com/uploads/media/DSI_Underground_Systems_Trusses_Slings_US_01.pdf

Bieniawski, Z.T. (1990). Tunnel design by rock mass classifications. (link)

http://scholar.lib.vt.edu/theses/available/etd-080399-152659/unrestricted/WholeVersion.pdf

http://rezazt.tripod.com/sitebuildercontent/sitebuilderfiles/rockboltdesignreport.pdf

http://home.agh.edu.pl/~cala/hoek/Chapter5.pdf

 

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 realizar un corte al avanzar, a partir del frente de excavación en el trasdós de la sección del túnel. Este método se emplea en suelos y rocas blandas, preferiblemente 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 las deformaciones superficiales (subsidencias) que se producen en las estructuras y servicios situados por encima de la clave.

Con el método de precorte mecánico se confina el frente de excavación antes de realizarlo, lo que aporta indudables ventajas en términos de estabilidad.

Este corte se efectúa con una máquina específica que consta de una sierra de corte con dientes de widia. A continuación, se rellena la ranura resultante con hormigón proyectado de fraguado rápido realizado por vía seca o húmeda, y se obtiene así una bóveda estabilizante.

Una vez fraguado el hormigón de la bóveda, esta asegura la estabilidad de la cavidad y constituye el sistema de sostenimiento. Posteriormente, se excava el material que queda bajo la bóveda. Adicionalmente, pueden realizarse refuerzos con cerchas o con bulones. El sistema exige una gran superficie de frente abierto para que pueda pasar el bastidor y requiere colocar a tiempo la riostra de solera necesaria 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), en la ampliación de la línea VI del Metro de Madrid y en los túneles de la M-40 en el Monte del Pardo, también en Madrid. Premesa, la licenciataria en España del método Premill, construyó dos enormes máquinas para su uso en dichos túneles. La cuchilla de cada máquina mide 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 presenta algunas analogías con el Nuevo Método Austriaco (NMA) para la construcción de túneles. De hecho, en algunos casos se pueden utilizar los mismos elementos de sujeción inmediata, como el hormigón proyectado, los bulones de anclaje y las cerchas. No obstante, la diferencia fundamental estriba en que, con el precorte mecánico, el revestimiento preliminar de hormigón se realiza a medida que se avanza respecto al frente de excavación, con una longitud de entre 3 y 5 m, mientras que en el NMA el revestimiento previo se realiza tras excavar el frente a una cierta distancia.

Esta característica constituye la ventaja fundamental del método de precorte mecánico, ya que el comportamiento de la formación por donde discurre el túnel está condicionado 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.

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Construcción de falso túnel entre pantallas

falso-tunel-entre-pantallasUn falso túnel es una infraestructura que se construye cuando un obstáculo natural de escasa altura debe ser atravesado por una línea ferroviaria o por una carretera, de forma que no resulta conveniente perforar un túnel debido al escaso recubrimiento y al riesgo de que la construcción de una trinchera convencional desencadene desprendimientos. En otras ocasiones, la construcción de falsos túneles se justifica simplemente por la necesidad de minimizar el impacto ambiental de la vía de comunicación, especialmente cuando el trazado pasa cerca de zonas urbanas.

Una forma de construir un falso túnel consiste en ejecutar unas pantallas, ya sea con pilotes o con una hidrofresa. Tras esas pantallas laterales, se ejecuta la losa de cubrición que constituye el techo del túnel. Una vez fraguado el hormigón de la losa, se puede proceder a trabajar bajo tierra, vaciando la caverna generada entre las pantallas y la losa, hasta el nivel del suelo del túnel. La ejecución de pantallas con pilotes consiste en hacer “taladros” consecutivos, que luego son rellenados con acero y hormigón. Si utilizamos una hidrofresa, el principio es el mismo, solo que la perforación es rectangular.

Si el falso túnel se realiza a una profundidad mayor de 5-10 m es necesario ejecutar losas intermedias, para garantizar la integridad de las pantallas laterales. Este método es muy seguro, habiéndose construido bastantes kilómetros de túneles de todo tipo, por ejemplo, en Madrid, tanto de metro (línea 11 en la avenida de Abrantes, línea 1 en la calle Congosto…) como de cercanías (Pasillo Verde, Getafe…), sin incidentes a reseñar. Incluso en terrenos particularmente complicados como la Vega del Manzanares, este método ha dado un gran rendimiento en la ejecución del soterramiento de la M30.

A continuación, os paso una animación realizada por la empresa Proin 3D para Adif del túnel ferroviario de alta velocidad Barcelona Sants-La Sagrera, también conocido como túnel del Eixample. El túnel, que une la estación de Barcelona Sants con la futura estación de La Sagrera, forma parte de la línea de alta velocidad Madrid-Zaragoza-Barcelona-Frontera francesa.Fue inaugurado el 8 de enero de 2013, juntamente con el tramo entre Barcelona Sants y Figueras-Vilafant de la LAV Madrid-Barcelona-Francia, y el 9 de enero de 2013 comenzó su explotación comercial con trenes de Renfe Operadora.

En la animación podemos ver la ejecución del falso túnel, tanto con pilotadoras como con hidrofresas. 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.

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