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.

 

 

 

Referencia:

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.

Ventilación en minas y túneles en fase de construcción

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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 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.

Figura. 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 precorte mecánico 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.

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