Métodos excavación

Universidad de Los Andes
Facultad de Ingeniería
Departamento de Vías
Geotecnia
CLASE Nº 2 DE TÚNELES
Prof. Silvio Rojas
Mayo , 2009
MÉTODOS DE EXCAVACIÓN DE
TÚNELES
La ejecución de túneles en suelos, usa sistemas como:
a.- Escudos
b.- Precorte mecánico
c.- Prebóveda de jet grouting
d.- Congelación
e.- Hormigón proyectado de forma similar a los túneles en roca
Los métodos de excavación en túneles en roca son:
a.- Perforación y voladura mediante explosivos
b.- Excavación mecánica mediante tuneladoras o topos (TBM) y las
máquinas de ataque puntual (rozdoras o martillos de impacto)
El método de perforación y voladura
•Es el más utilizado para túneles en
roca
•El aplicado cuando la roca es muy
abrasiva, y muy resistente o se
encuentra en estado masivo.
taladros en el
frente de la
excavación
Taladdros
cargados
explosivos
y se
hacen
detonar
reacción explosiva
genera una energía
en forma de presión
de gases y energía
de vibración, que
quebranta la roca.
Ciclo de trabajo de este sistema:
a.- Replanteo en el frente del
esquema de tiro
b.- Perforación de los taladros
c.- Carga de los taladros con
explosivo (barrenos)
d.- Voladura y ventilación
e.- Retirada del escombro y saneo
del frente, bóveda y hastíales.
Universidad de Los Andes
Facultad de Ingeniería
Departamento de Vías
Fundaciones
Tabla Nº13: Velocidad de propagación de
las ondas sísmicas en la superficie del
suelo o a poca profundidad.
Suelo
Tabla Nº14: Velocidad de propagación de
las ondas sísmicas (otra referencia)
Velocidad
(m/seg)
Arena suelta
150 a 500
Loess
300 a 600
Arcilla dura, parcialmente
saturada
600 a 1000
Arcilla saturada
1000 a 1600
Suelos saturados
1200 a 3800
Roca sana
2000 a 6000
Granito
4000 a 6000
Cuarcita
6000 a 7500
Suelo
Arena y gravas (poco a
medianamente densa)
Velocidad
(m/seg)
400 – 800
Arenas y gravas (densas y
muy densas)
1000 – 1800
Arcillas
1500 – 1800
Agua dulce
Arenisca
Calizas y dolomía
1450
2000 – 3500
3500
Esquistos
3000 – 4500
Gneis-cuarcitas
3500 – 5000
Granitos
4000 – 6000
Las zonas en un esquema de tiro, tienen densidades de perforación y carga
específica diferente. Estas zonas son:
a.- Cuele (Zona A)
b.- Contracuele (Zona AA)
c.- Destroza (Zona B)
d.- Zapateras (Zona C)
e.- Contorno (Zona D)
En la fig. se muestra la
ubicación de estas zonas.
Cuele:
Área del frente que se
dispara primero creando una
abertura que permite ofrecer
superficies libres, facilitando
el arranque de la roca al
volar los siguientes sectores
del frente. Es la fase más
importante de todas las fases
de la voladura.
Caras libres que
deja el cuele
Destroza:
Es la parte central más amplia de Zapateras:
la voladura, cuya eficacia depende •Zona de la voladura situada en la
del éxito de la zona del cuele y
base del frente, a ras del suelo.
contracuele.
•Se perforan un poco abiertos hacia
fuera con el objeto de dejar espacio
suficiente para la perforación del
siguiente avance.
Contorno:
Taladros perimetrales:
•Definen la forma
perimetral de la
excavación.
•Las irregularidades de las
rocas y las
discontinuidades dificulta
lograr la forma de la
sección del proyecto.
•Son los más cargados, de manera que rompan la roca y la
levanten hacia arriba.
•Van ligeramente inclinados hacia abajo (para evitar sobre
bordes)
•Son disparados en último lugar.
Esquema de tiro típico
Fase de avance
El número indica
orden de disparo
Se dispara
primero o de
último
Esquema de tiro: Comprende la disposición en el frente de los taladros que
se van a perforar, la carga de explosivo que se va introducir en cada uno y
el orden en que se va a hacer detonar cada barreno.
La fig. muestra una hoja resumen con los datos de una voladura en un
frente de túnel.
Los esquemas indicados se refieren al avance o primera fase
constructiva del túnel.
Los taladros de un
esquema de tiro se
disparan con cierto
desfase (microretardo o
retardo) entre ellos, con
el objeto de hacer más
efectiva la voladura.
En la fig. aparece junto a
cada taladro un número
que indica el orden de
disparos.
En función del orden de disparo, se distinguen cuatro zonas, y cada una tiene
un tratamiento diferente.
Esquema de tiro de destroza
destroza
destroza
y con taladros verticales (similar a
voladuras en banco y en exterior
posibilidad
de perforar
el frente
con taladros
horizontales
o en banco
Esquema de tiro de destroza
destroza
destroza
voladura en banco es más rápida de llevarse a cabo
pero necesita un recorte posterior para conseguir el
perfil del túnel en los hastíales.
La voladura
de la destroza
con barrenos
horizontales,
tiene la
ventaja que
se utiliza la
misma
maquinaria y
sistema de
trabajo que
para la fase
de avance, y
además
puede
recortarse con
la voladura la
forma teórica
del túnel.
Fase I
Fase II
Los taladros deben tener
una longitud de un 5 a 10%
superior a la distancia que
se quiere avanzar con la
pega, ya que siempre se
producen pérdidas que
impiden aprovechar al
máximo la longitud de los
taladros.
Las longitudes de avance
típicas:
Entre 1 y 4 metros, dependiendo
de la calidad de la roca.
calidad media-buena
3 a 3.50 metros para
avanzar entre 2.80 m y
3.20 metros en cada
voladura.
Los gráficos siguientes
(obtenidos de la
experiencia), permiten
estimar aprox. el número
de taladros y el consumo
de explosivos necesarios
en función de la sección
de excavación, longitud de
avance y la calidad de la
roca.
Tipos de cueles:
facilitan
la salida
de roca
hacia el
exterior
perforació
n tiene
mayor
dificultad.
tres o cuatro
secciones de
taladros cargados
puede sustituirse por
dos taladros de 2 x
75 mm.
más usado
por su
simplicidad
para
perforarlo
Taladro vacío
llamado barreno de
expansión, sin
explosivos y con un
diámetro de 75 mm a
102 mm.
Técnicas para efectuar los tiros
perimetrales:
Son los primeros en detonar,
generando una fisura que aísla y
Es de sumo cuidado la
protege la roca de vibraciones
ejecución y costosa. Se
usa en casos especiales.
Técnica de precorte
carga debe distribuirse
uniformemente a lo
largo del barreno, con
explosivo para
precorte
La concentración de
carga es de 0.1 y 0.30
kg/m
taladros perimetrales y
paralelos entre si, con
distancias entre 25 mm
y 50 cm.
Técnica del recorte:
Carga muy pequeña o
nula
Es la de mayor uso
son los últimos
en detonar
taladros paralelos al
eje del túnel en el
contorno, con
distancias entre 45 y
100 cm.
Perforación de los taladros
Se puede hacer mediante dos procedimientos:
1.- Martillos manuales accionados por aire comprimido
2.- Martillos hidráulicos montados sobre una máquina denominada Jumbo.
Perforación de los taladros
Esquema de un martillo manual de
aire comprimido
Funcionan a percusión, es decir la barrena
golpea contra la roca y gira de forma de
discontinua entre cada percusión,
separándose del fondo del taladro.
se usan en túneles muy pequeños o de forma
accidental
rendimientos son inferiores al de los jumbos y
requieren mucha mano de obra.
Curvas características de los martillos de mano
Jumbos:
Los martilos funcionan ha
roto - percusión:
barrena gira
continuamente y ejercen
simultáneamente un
impacto sobre el fondo del
taladro.
Roto
percusión
El arrastre de
detritus se
consigue
igualmente con el
agua que se
inyecta.
Los rendimientos
pueden superar
los 3.5 m/mín
El
accionamiento
es hidráulico:
potencias
mucho más
elevadas que
con el sistema
neumático.
Jumbos
Esquema de Jumbo
En operaciones de
perforación trabajan con
electricidad y para
movilizarse tienen un
motor diesel.
Dos o tres brazos
articulados
Los jumbos actuales tienen sistemas eléctricos para controlar la dirección de
los taladros, el impacto y la velocidad de rotación de los martillos, memorizar el
esquema de tiro y perforar todos los taladros automáticamente. Un solo
maquinista puede perforar una pega en unas pocas horas.
PERFORACIÓN
El Rocket Boomer
de Atlas Copco es el encargado de
perforar el frente de voladura realizando los barrenos indicados en el
diseño de voladura.
Su extraordinaria versatilidad le permite adaptarse a todo tipo de
secciones de túneles, incluso en circunstancias geológicas
cambiantes.
Puede conectarse en tiempo real con la oficina técnica desde la que
se dirige el proyecto e intercambiar datos que le permitan automatizar
de modo inmediato los procesos de replanteo y perforación, e
incorporar los datos del Measure While Drilling, sistema con el que el
Boomer incorpora los resultados del análisis de la perforación de la
roca en tiempo real.
Perforación del frente de voladura en la ampliación de la línea 3 del metro de
Barcelona en 2005
Frente de voladura cargado con detonadores Primadet (no eléctricos) y Unitronic
(electrónicos)
LIMPIEZA DEL FRENTE
Se desescombra la roca fragmentada resultante de la voladura y se sanea el
frente.
Secuencia de
excavación y
sostenimiento en
avance por
perforación y
voladura
El
Jumbo
perforador
realizando los barrenos en
los que se introducirán los
Swellex, los bulones, que se
adaptarán
al
contorno
ejerciendo
presión
transversal y ofreciendo
resistencia
a
tracción,
garantizando
así
el
sostenimiento del terreno.
Una vez finalizada esta fase se comienza nuevamente el ciclo con la fase
de perforación.
2 malla
3 costilla
4 bulones
1 concreto
proyectado
Ventajas de construir un túnel con el método de perforación y Voladura
Adaptación
a
cualquier
morfología
de
terreno,
independientemente
del
diámetro de sección o longitud
del túnel a construir.
Se controlan las vibraciones
producidas por las voladuras
mantenimiento y reposición de
equipos en tiempo récord
Diseños pueden conseguir una
buena fragmentación de la roca y
superficie de contorno, facilitando
además
las
labores
de
desescombro y saneo.
Los explosivos de última generación
adaptables a las condiciones ambientales de
las obras e insensibles a los posibles
impactos, permiten conseguir altos niveles
de seguridad en su transporte
y
manipulación.
Construcción continua
del túnel sean cuales
sean las variaciones
geológicas
encontradas en el
avance de obra.
Reducción de costes. Los altos niveles de rendimiento global que
supone la aplicación del Sistema de Perforación y Voladura para
la construcción de túneles redundan en un sustancial ahorro
económico.
Los medios mecánicos concebidos fundamentalmente para unas
determinadas condiciones geológicas y con dificultad para adaptarse a las
alteraciones que éstas probablemente presenten, derivando en problemas
operativos que compliquen y alarguen de forma significativa el plazo de
ejecución de la obra, con el consiguiente perjuicio económico que esto
supone.
dispones de varias entradas de agua que
ayudan al desalojo de los detritus.
Barras y brocas de
perforación
s.r para los Jumbos
broca y sus
diámetros,
depende del
tipo de la
calidad de la
roca y del
diámetro de los
cartuchos del
explosivo
Densidad de la roca
Explosivos y
detonadores:
Resistencia a la compresión simple y
Velocidad de propagación sónica de la roca.
Grado de humedad de la roca
No deben generar gases tóxicos
Para:
Contracuele,
destroza y
zapatera:
GOMA-2E-C (es gelatinoso,
resistencia al agua buena, para
rocas muy Las
RIOMEX E20/40 (emulsiones,
resistencia al agua )
RIOMEX E20/40 (emulsiones,
resistencia al agua )
explosivo a granel
RIOFLEX T
Insensibilidad, tanto a la fricción como a los
golpes, y al fuego directo.
•Se inyecta directamente en los barrenos
desde un camión dotado con un equipo de
bombeo controlado electrónicamente, y un
brazo articulado con cesta para colocar el
RIOFLEX T a cualquier altura.
Para la columna:
NAGOLITA, AMONITA 2-Y Ó EMUNEX 3000
Si hay filtraciones de agua en los barrenos, deberá usarse EMUNEX 60008000
Para los barrenos del contorno:
Como carga de columna usar RIOGUR F
Inicio de la explosión:
Se hace en el cartucho cebado instalado en el fondo del barreno y que
contiene un detonador.
Los detonadores
•Los electrónicos UNITRONIC son extremadamente seguros
•Insensibles ante cualquier tipo de interferencia
• El disparo es codificado, lo que les permite una precisión de
diezmilésimas de segundo.
• sus tiempos de secuenciación son casi infinitos y pueden reprogramarse
en todo momento.
s.r en el interior están un
microchip para los retardos
Detonadores:
Detonadores electrónicos permiten reducir el nivel de vibraciones, mejorar
la fragmentación de la roca y conseguir una gran calidad de superficie de
contorno
Los detonadores NO eléctricos PRIMADET se caracterizan por su
reducido coste, la facilidad de uso y rapidez de conexionado, así como por
su seguridad ante corrientes eléctricas extrañas.
Los detonadores pueden ser instantáneos, de microretardo (retardo de 25 ó
30 mseg entre números contíguos), o de retardo de 0.5 seg entre números
contiguos.
Otros elementos de
Cañas: Son tubos PVC abiertos longitudinalmente en cuyo interior se colocan
los explosivos, cordón detonante, etc. Permite introducir fácilmente todos los
elementos en su disposición correcta dentro del taladro.
Retacador: El retacador es el material que cierra o taponea el taladro
impidiendo que la energía de la explosión se escape por la boca.
Normalmente se usan unos cartuchos de arcilla muy plástica.
Explosor:
Es el mecanismo que produce la corriente eléctrica que da lugar a la
explosión. Suelen estar basados en un condensador que se va cargando
con una batería y que cierra el circuito.
Cables:
Transmiten la corriente desde el explosor hasta los detonadores
Emulsión explosiva a granel, suministrada en cajas de cartón de 25 kg neto.
CARACTERISTICAS
PLASTEX-E
Densidad, en g/cm3
1,13
Velocidad de detonación, en m/s
5 000
Poder rompedor o brisance (Hess), en mm
25
Presión de detonación, en kbar
100
Sensibilidad
Vida útil
al detonador No. 6 y
al cordón detonante
6 meses
En cartuchos de papel parafinado, en cajas de cartón de 25 kg neto.
CARACTERISTICAS
ESPECIFICACIONE
S
SEMEXSA
80
SEMEXSA 65
DINASOL 65 D
SEMEXSA
60
SEMEXSA
45
Densidad, en g/cm3
1,18
1,12
1,10
1,08
Velocidad de
detonación, en m/s
4 500
4 200
4 000
3 800
Potencia por peso
(Trauzl), en %
76
74
72
68
Poder rompedor o
brisance (Hess), en
mm
Presión de
detonación, en kbar
20
17
16
15
100
80
75
70
Resistencia al agua
sobresaliente
muy buena
muy buena
buena
Categoría de humos
1ra.
1ra.
1ra.
1ra.
Volumen normal de
gases, en l/kg
920
920
900
880
18 meses
18 meses
18 meses
18 meses
Vida útil
DIMENSIONES (DIÁMETRO X LARGO)
22 x 180 mm (7/8” x 7”) *
32 x 200 mm (1 ¼” x 8”)
22 x 200 mm (7/8” x 8”)
38 x 200 mm (1 ½” x 8”)
25 x 180 mm (1” x 7”)
38 x 300 mm (1 ½” x 12”) * *
25 x 200 mm (1” x 8”)
50 x 200 mm (2” x 8”) * *
28 x 180 mm (1 1/8” x 7”)
* En Dinasol 65 D medida única
28 x 200 mm (1 1/8” x 8”)
* * Sólo en Semexsa 65 y Semexsa
El pasado viernes se
terminó de construir la
visera de la boca 3 de
uno de los dos túneles
ubicados en el cerro
San Eduardo. La
culminación de este
perfil metálico sirvió
para realizar la primera
explosión y así abrir la
entrada al viaducto.
Control de vibraciones
Las vibraciones que transmiten las voladuras pueden llegar a producir
daños:
a.- edificios y estructuras próximas al túnel
b.- A la roca circundante y al revestimiento.
El factor principal que provoca los daños es la velocidad pico de partícula.
Velocidad de la partícula:
Es la velocidad máxima que alcanzan las partículas del terreno al vibrar por
la acción de la onda sísmica.
Ley de propagación de la velocidad de la partícula:
 D
V = k ⋅ α
Q





β
donde:
V: Velocidad pico de la partícula (mm/seg)
D: Distancia (m)
 D
V = k ⋅ α
Q





β
Q: Carga de explosivo en cada intervalo de retardo (Kg)
k: Constante empírica que oscila entre 200 y 400.
α: Factor empírico que oscila entre 0.33 y 0.66.
β: Factor empírico de amortiguamiento que oscila entre –1.40 y –1.60.
k, α y β, pueden ser determinados en forma experimental:
a.- Hacer una serie de voladuras de prueba
b.- Mediante un sismógrafo medir la velocidad para varías distancias y
cargas de explosivo.
c.- Ajustar la expresión por mínimos cuadrados y determinar k, α y β.
La fig. presenta diversos criterios de daños en función
de la velocidad. En general se considera que por
debajo de 5 – 10 mm/seg no hay daños. Por encima de
100 – 200 mm/seg los daños son considerables.
Criterios de daños en voladura
Velocidad baja para frecuencia alta
Un hercio es
la frecuencia
de una
partícula en
un período de
un segundo.
0
< f mayor periodo
>f
> F menor periodo
Mejor calidad de roca
Vc de la onda de
corte a través del
suelo o roca
Excavación mecánica en roca
La energía utilizada se concentra en los discos de corte de la máquina en
contacto con la roca, que supera la resistencia d la roca a la penetración, a
la tracción y al cizallamiento.
La energía inicial es transmitida por
motores eléctricos, que mediante un
circuito hidráulico, llega a las
herramientas de corte en contacto con la
roca.
Cabeza cortadora
Los sistemas de excavación son generalmente tres:
1.- Rozadora:.
máquina de
ataque puntual
brazo
desplazable que
barre la sección
de la excavación
cabezal
provistos de las
herramientas de
corte de picas
El material rocoso
no se desprende
en forma de lajas.
Rotación de
cabezal +
cilindros
hidráulicos del
brazo+ fuerza de
reacción de la
máquina =
Acción de la
picas
2.- Tuneladora, Topo o TBM (Túnel Boring Machine).
La
excavación
se hace a
plena
sección.
La energía la aportan motores
eléctricos a la cabeza giratoria
La energía llega a los cortadores con
medio de un sistema hidráulico
cabeza giratoria
Mayor concentración de cortadores
Cortadores
penetran la roca
por tracción y
cizallamiento
Se producen
lajas por la
acción de los
cortadores
3.- Martillo hidráulico
Es una
máquina de
ataque
puntual.
La energía se genera mediante motores eléctricos
o diesel y se transmite a través de un circuito
hidráulico a la herramienta puntera, situada en el
extremo del brazo articulado de la máquina.
La roca se
quebrantada
por impacto
del martillo
y se
desprende en
forma de
pequeños
bloques o
esquirlas.
Máquinas
Los topos, tuneladoras ó TBM (Tunnel Boring Machine): Excavan el
túnel, retiran el escombro y aplican el revestimiento.
Si se elige la
tuneladora
apropiada, la
geología
Escudo EPB
Para cada tipo
de terreno hay
un tipo de
tuneladora
ideal
Rueda de corte de
un mixshield
Se han diseñado
tuneladoras como los dobles
escudos que permiten
trabajar satisfactoriamente
en casi todo tipo de
terrenos.
TOPO
Tuneladora de tipo topo utilizada en Yucca Mountain, Washington
Puntos de
apoyo
elementos principales:
cabeza de corte
los codales o grippers
cilindros
Back up o carro estructural.
Foto de un modelo a escala de la tuneladora empleada para el Túnel de San Pedro
Topos
La fuerza para realizar el avance se obtiene como reacción de los
grippers contra el terreno.
diseñadas para poder
excavar rocas duras y
medias sin grandes
necesidades de soporte
inicial
Esquema básico de un topo:
Caja de velocidades
1.
2.
3.
4.
5.
Rueda de corte para roca
Rodamiento principal
Escudo para la rueda de corte
Kelly interior
Kelly exterior
6.
7.
8.
9.
10.
Cinta transportadora
Accionamiento rueda de corte
Soporte delantero
Pies de
Soporte trasero
elevación
Motor eléctrico
Gatos delanteros y
traseros
La sección de anclaje de un topo comprende: Un carro
estructural o back up, un conjunto de zapatas de anclaje
denominados codales o grippers, y los cilindros de empuje de la
máquina.
También puede existir un sistema adicional para colocación de bulones,
cerchas y hormigonado.
Tienen los sistemas para la colocación de railes sobre los que circulan las
vagonetas y una plataforma donde va alojado todo el sistema
El topo ensanchador es, como su propio nombre indica, aquel
topo que se utiliza para agrandar túneles y así evitar las
consecuencias de las fuerzas de agarre en la excavación finalizada,
ya que los topos ensanchadores tienen los grippers delante de la
rueda de corte.
Los topos para planos inclinados están especialmente diseñados
para la realización de túneles con pendientes mayores de 10% y
que han llegado al 50%. Estos topos han sido utilizados en la
construcción de funiculares subterráneos a estaciones de esqui,
túneles de centrales eléctricas, minas, etc.
Codales o grippers
apoyados en los
hastíales del túnel
soportan la fuerza de
empuje necesaria para el
avance del topo
Pie
trasero
levantad
o
Pie
delantero
levantado
Las fuerza de empuje necesaria
para el avance del topo, es
proporcionada por los cilindros de
empuje
Método de avance
1. La máquina es acodalada
en el túnel. Comienza la
excavación.
Mitad de desplazamiento
de los gatos
2. Los cilindros de empuje del
cabezal de corte llegan al final
de su carrera. Se para la
excavación.
3. Los soportes delanteros
y traseros se extienden y
se retraen los codales.
Se recogen los
codales
4.- EL cuerpo principal
de la máquina o Kelly
exterior se desliza
suavemente hacia
delante.
5. Los codales son
extendidos y los soportes
recogidos. La máquina
está lista para iniciar un
nuevo ciclo
1. La máquina es acodalada
en el túnel. Comienza la
excavación.
discos de corte son aros de metal
duro que giran libremente sobre su
eje
Para rocas con resistencias entre
los 800 kg/cm2 y 2200 kg/cm2 ??
cortador de disco es el
elemento adecuado
Base de metal duro
filos recambiables de
acero endurecido
carcasas se fijan
sobre la rueda de
corte
cortadores se colocan de
forma que al girar la rueda
de corte describan círculos
concéntricos equidistantes
Disposición de los discos
corte
=
Mayor número de discos en
el centro de la rueda de
corte para forzar la rotura
de la roca en esa zona a
modo de cuele.
+ ligera conicidad rueda de
facilita el proceso de identación.
El proceso de corte:
Se produce inicialmente
mediante un proceso de
rotura frontal originado
por la presión que el
cortador ejerce sobre la
roca.
s.r:
Los tres dientes
ejercen la misma
presión
simultaneamente
Escudo de presión de tierras EPB (presión de tierras
balanceado)
Recomendable para:
Terrenos cohesivos,
es recomendable el
empleo de un
escudo EPB (Earth
Preasure Balance).
Sus ventajas:
Un elevado
rendimiento de
extracción
La rentabilidad
de su
funcionamiento
y su respeto al
medio ambiente.
Cámara de
alojamiento
acondicionamiento
del terreno con
espuma
escudos EPB
utilizan la
tierra excavada
como medio de
sostenimiento
del frente
Suelo mezclado con agua y
espumas
Se convierte en un barro pesado al
que se puede aplicar presión
(regulando su evacuación con un
tornillo extractor).
El relleno de esa cámara está en
contacto con el frente de
excavación, se le transmite esa
presión al terreno intacto, pudiendo
igualar o aumentar los empujes que
éste ejerce, por lo que se compensa
los empujes de tierra y se
disminuye la decompresión del
frente
. El transporte del material
al exterior se realiza
mediante vehículos sobre
raíles o camiones.
El material
excavado se
transfiere a
una cinta
transportadora
a través de un
sinfín
La fuerza de los cilindros de
propulsión, transmitida a través
del mamparo estanco, actúa
sobre la tierra plastificada en la
cámara de extracción,
consiguiéndo así un equilibrio de
fuerzas y evitándo
derrumbamientos del frente
cámara
frontal para
alojar el
escombro de
excavación,
Esquema básico de un escudo EPB:
1.
2.
3.
4.
5.
Rueda de Corte.
Accionamiento.
Cámara de excavación.
Sensor de presión.
Esclusa de aire comprimido.
6.
7.
8.
9.
10.
Erector de dovelas.
Dovelas.
Cilindros de propulsión.
Cinta transportadoras
Sinfín de extracción.
El escudo Mixshield
Es un escudo muy
polivalente:
Perfora en diferentes
tipos de geología con
una misma máquina
Diferentes modos
operativos:
Como hidroescudo
Como escudo con
control de presión de
tierra EPB
Con aire comprimido o
escudo abierto.
Hoy por hoy, es el tipo
de escudo más utilizado
en la construcción de
túneles en ciudades
para líneas de metro,
ferrocarril, carreteras, etc.
Revestimiento por
dovelas
Las dovelas son
elementos
prefabricados de
hormigón armado
Se atornillan entre si
formando un anillo
troncocónico
La construcción del túnel
con revestimiento por
anillos prefabricados
permite el trazado de
curvas, tanto en planta
como en alzado.
Los anillos son troncos
de conos, y colocando
las caras convergentes
contiguas se consigue
obtener una alineación
curva.
El sostenimiento del frente mediante fluídos es el método de
operación más frecuente (s.r suelos granulares). Como
medio de soporte y de transporte se utiliza una suspensión de
bentonita. La mezcla agua/tierra/bentonita se trata en una planta
separadora y La suspensión recuperada, se vuelve a introducir en
el circuito.
Esquema básico de un Mixshield:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Rueda de Corte.
8.
Accionamiento.
9.
Suspensión de bentonita.
10.
Sensor de presión.
11.
Esclusa de aire comprimido. 12.
Erector de dovelas.
Dovelas.
Cilindros de propulsión.
Burbuja de aire comprimido.
Mamparo sumergible.
Machacadora.
Tubería de extracción.
El erector de dovelas:
Es un elemento de la tuneladora que se encarga de situar hasta
su posición las dovelas.
Un erector ha de ser rápido, preciso, sencillo de maniobrar,
robusto y seguro.
Un buen erector proporcionará mayor rendimiento a la
tuneladora, puesto que la mitad del tiempo en la construcción de
un túnel se invierte en la colocación del revestimiento.
Dovela superior en clave o pieza llave:
dovela de menor tamaño, denominada clave o llave, que es la
última pieza a colocar durante la construcción del anillo con el
erector.
Relleno del trasdós:
El trasdós es el espacio de sobrecorte que realiza la tuneladora con
relación al diámetro exterior del anillo. Para evitar desplazamientos,
roturas de las dovelas y asentamientos, este espacio es rellenado
con mortero inyectado.
Gatos apoyados en dovelas ya
colocadas
Gatos desplazados
Máximo desplazamiento de los
gatos
El doble escudo
tuneladoras con caracterísitcas mixtas entre el topo y el escudo.
dos sistemas de
propulsión
independientes:
propulsión del
escudo
Propulsión del
topo.
sostenimiento
continuo del
terreno durante el
avance del túnel.
El escudo trasero:
incorpora las zapatas
de los grippers
incorpora el erector de
dovelas y los cilindros
de empuje
El escudo delantero: Sirve
como estructura soporte de la
cabeza de corte, contiene el
rodamiento principal, la corona
de accionamiento y los sellos
interno y externo.
rendimientos
próximos a los de
los topos, que los
escudos para roca
dura no podrían
conseguir..
Al igual que los escudos para roca dura los dobles escudos
permiten realizar túneles a través de terrenos con
geología cambiante e inestable que los topos no podrían
realizar
Escudo para roca dura
También denominados topos escudados ya que son utilizados en
las mismas condiciones geológicas que los topos. Estos escudos
se diferencian muy poco en la rueda de corte y en el sistema de
extracción del escombro de los topos estándar. Sin embargo,
son totalmente diferentes en el sistema de propulsión y en el
escudo de protección.
Esquema básico de un Escudo para roca dura:
1.
2.
3.
4.
Rueda de Corte.
Accionamiento.
Erector de dovelas.
Cinta transportadora.
5. Cilindros de empuje.
6. Dovelas.
7. Cuadros de distribución.
La seguridad es la ventaja fundamental que ofrece el topo
escudado con relación al topo estándar y es que la excavación y
el sostenimiento del túnel tienen lugar dentro del escudo
protector, eliminándose el riesgo continuo que se corre en las
instalaciones libres de sostenimiento.
Otra ventaja importante que ofrece el escudo para rocas duras
en contraste con el topo es, que el escudo permite colocar el
revestimiento definitivo del túnel. De este modo con la colocación
de las dovelas prefabricadas de hormigón armado el túnel queda
totalmente finalizado con el paso de la tuneladora.
Mas e un tuneladora ha quedado atrapada sin salida en
el interior del terreno, lo que a obligado a la liberación de
empujes con galerías auxiliares o cambiar totalmente el
proceso constructivo ( túnel de San Pedro Madrid). A
veces incluso es necesario tratar el terreno en zonas
difíciles para conseguir que las tuneladoras trabajen
adecuadamente.
Sección circular resisten empujes
relativamente uniformes alrededor del
revestimiento
Como la excavación es a sección
completa, no existen cambios de
tensiones introducidos distintas fases
de construcción.
Después de excavar los
túneles circulares, se
ensanchan también a sección
circular en zonas de
estaciones, lo cual se ha hecho
facilidad por su ubicación en la
arcilla de londres
La fig. 12, corresponde a la sección circular de los túneles del by-pass sur
de la M-30 de Madrid, construidos con dos tuneladoras de 15.20 m.
Tres carriles para
vehículos
automóviles en la
zona media.
Una zona superior
para ventilación
forzada.
zona inferior con carril
para ambulancias y
bomberos, que permite
acceder a cualquier
punto del túnel en que
se produzca incidente.
Mejor comportamiento de la sección por un
estado de esfuerzos radiales bastantes
uniformes.
Ventajas de la
sección circular
La calidad del acabado del revestimiento,
con hormigón de alta resistencia ( aprox
550 kg/cm2), ya que hay que desencofrar
las dovelas poco después de su vaciado.
La rapidez de avance, disminuyendo los
efectos de la descompresión del terreno.
La seguridad de los operarios.