7.metodos de excavaciones de tuneles tbm

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Ing. VICTOR TOLENTINO YPARRAGUIRRE Msc. METODOS DE EXCAVACION DE TUNELES MEDIANTE SISTEMAS MECANICAZADOS - TBM CURSO METODOS DE EXCAVACION DE TUNELES

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7.METODOS DE EXCAVACIONES DE TUNELES TBM

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Page 1: 7.METODOS DE EXCAVACIONES DE TUNELES TBM

Ing. VICTOR TOLENTINO YPARRAGUIRRE Msc.

METODOS DE EXCAVACION DE

TUNELES

MEDIANTE SISTEMAS

MECANICAZADOS - TBM

CURSO METODOS DE

EXCAVACION DE TUNELES

Page 2: 7.METODOS DE EXCAVACIONES DE TUNELES TBM

¡El arte de

excavar túneles

radica en ser capaz de

colocar el sostenimiento

adecuado a la distancia del

frente adecuada¡

Page 3: 7.METODOS DE EXCAVACIONES DE TUNELES TBM

EXCAVACIONES SUBTERRANEAS

EL OBJETIVO DE

LA OBRA

SUBTERRANEA

EL SISTEMA

CONSTRUCTIVO

TRAZADO

LA ESTRUCTURA

RESISTENTE:

EL CALCULO

SECCION TIPICA

LA GEOMETRIA

DEL PROYECTO

LA GEOLOGIA Y

GEOTECNIA DEL

MACIZO ROCOSO

LAS

INSTALACIONES

PARA LA

EXCAVACION

TEMAS BASICOS

Page 4: 7.METODOS DE EXCAVACIONES DE TUNELES TBM

ESCAVACIONES SUBTERRANEAS

RIESGOS A

ASUMIR FINANCIACION

DEL PROYECTO

•CONCEPTOS EQUIVOCADOS EN EL

PLANEAMIENTO DE LA OBRA.

•INADECUADA ESPECIFICACIONES TECNICAS.

•ERRADA ELECCION DE EQUIPOS.

•SOBREDIMENSIONAMIENTO DE LOS

ELEMENTOS DE SOSTENIMIENTO.

•MALA DISPOSICION DE CARGAS EXPLOSIVAS

EN LAS VOLADURAS.

•ACCIDENTES GEOLOGICOS INESPERADOS. FACTORES QUE

INCREMENTAN EL

PRESUPUESTO

VARIABLES DE

RIESGO

CRONOGRAMA

CALIDAD

COSTOS

Page 5: 7.METODOS DE EXCAVACIONES DE TUNELES TBM

OBJETIVOS DE LAS EXCAVACIONES SUBTERRANEAS

OBJETIVOS

FUNCIONALES

FORMAR PARTE DEL TRAZADO

DE UNA VIA DE COMUNICACIÓN

(CARRETERA, FERROCARRIL)

IMPACTO MEDIOAMBIENTAL DEL

DISEÑO. Preservar el valor Medioambiental del

paisaje.

Limitación de ruidos en la zona.

Reducción de volúmenes de tierra a

remover.

Reducción de terrenos a adquirir.

OBJETIVOS

COMPLEMENTARIOS

TUNEL DE CONDUCCION

HIDRAULICA, ACUEDUCTOS,

GASODUCTOS, OLEODUCTOS,

ETC.

EXPLOTACION MINERA O DE

CARACTER INDUSTRIAL (C.H.,

GEOTERMICAS, NUCLEARES.

INSTALACIONES MILITARES

(ANGARES, MUELLES, ETC.)

PREVENCION DE DAÑOS FISICOS

En la Explotación: Prevención de

incendios, salidas de emergencia, etc.

En la Construcción: Seguridad e

higiene laboral

Page 6: 7.METODOS DE EXCAVACIONES DE TUNELES TBM

LA GEOMETRIA DEL PROYECTO: TRAZADO Y SECCION TIPO

LA GEOTECNIA DEL MACIZO

A ATRAVEZAR

LA AFECCION A OBRAS

SUBTERRANEAS

EXISTENTES

LA AFECCION A OBRAS

EXTERIORES EXISTENTES

Page 7: 7.METODOS DE EXCAVACIONES DE TUNELES TBM

METODOS DE EXCAVACIONES SUBTERRANEAS

EXCAVACION CON

PERFORACION Y

VOLADURA

UTILIZACION DE

EXPLOSIVOS

TUNELADORAS

(TBM), ROZADORAS,

MARTILLOS DE

IMPACTO

EXCAVACION

MECANICA

ENERGIA: EN PUNTA DE

MAQUINA, SUPERANDO

RESISTENCIA DE ROCA

MATERIAL A EXCAVAR

(ROCA O SUELO)

ENERGIA: PRESION

DE GASES Y

ENERGIA DE

VIBRCION

Page 8: 7.METODOS DE EXCAVACIONES DE TUNELES TBM

EXCAVACIONES MECANICAS

Page 9: 7.METODOS DE EXCAVACIONES DE TUNELES TBM

EXCAVACIONES MECANICAS

Page 10: 7.METODOS DE EXCAVACIONES DE TUNELES TBM

EXCAVACIONES MECANICAS

Page 11: 7.METODOS DE EXCAVACIONES DE TUNELES TBM

EXCAVACIONES MECANICAS

Page 12: 7.METODOS DE EXCAVACIONES DE TUNELES TBM

EXCAVACIONES MECANICAS

TBM (TUNNEL BORING MACHINE)

Llamadas topos, son máquinas robustas y relativamente simples, que

funcionan empujando contra el terreno unos discos de metal duro que

producen la rotura del terreno de tal forma que la roca se laja, y es

extraída mediante cangilones en la cabeza de corte que vierten el

escombro en una cinta que a su vez lo verterá sobre otra lateral hacia el

exterior o sobre vagones. El sostenimiento suele hacerse con sistemas

convencionales, es decir, bulones, cerchas y hormigón proyectado.

Para absorber la reacción de la cabeza de corte y hacer avanzar la

tuneladora, las TBM se apoyan en el terreno mediante unos codales

transversales (grippers).

Las características de la roca que limitan el funcionamiento de estas

máquinas, son, como límite superior, la resistencia a compresión simple

y el contenido de cuarzo, y como límite inferior, la sostenibilidad del

terreno durante la excavación y su resistencia para que los grippers se

puedan apoyar.

Page 13: 7.METODOS DE EXCAVACIONES DE TUNELES TBM

EXCAVACIONES MECANICAS

TBM - ESCUDOS DE PRESION DE TIERRA EPB

ESCUDOS DE PRESIÓN DE TIERRAS (EPB: Earth Pressure Balanced) se usan

cuando el frente de la excavación no es estable. Estas máquinas están envueltas por un

cilindro metálico que sostiene el terreno tras la excavación y permite colocar el

sostenimiento en su interior (un anillo de dovelas de hormigón) sin que exista ninguna

interferencia. En el frente hay una cámara de excavación que se mantiene bajo presión,

y en ella se amasan los terrenos excavados empujándolos contra el frente con unos

cilindros hidráulicos. En algunas ocasiones, en función de la facilidad del terreno a ser

amasado, se añaden agentes espumantes, polímeros o suspensiones de arcillas.

La extracción del material se hace mediante un tornillo de Arquímedes estanco. La

presión del frente se consigue controlando la entrada y salida de material de la cámara,

mediante la regulación de la rotación del tornillo y la velocidad de avance. Como el

cilindro exterior tiene un diámetro superior al del anillo de dovelas, una vez la máquina

ha avanzado queda un hueco entre la excavación y el sostenimiento, de unos 15-20 cm,

que debe ser rellenado rápidamente con mortero para evitar la subsidencia en

superficie. Para evitar que el mortero entre en la zona del escudo y éste quede

atrapado, se dispone en cola de las juntas de grasa, tres filas de cepillos de acero entre

las que se inyecta grasa consistente para conseguir la estanqueidad. (Figura 3.1.2.)

Page 14: 7.METODOS DE EXCAVACIONES DE TUNELES TBM

EXCAVACIONES MECÂNICAS TBM - HIDROESCUDOS

Los HIDROESCUDOS, son adecuados para terrenos constituidos por arenas sueltas o

gravas arenosas, que dificultan el amasado. Son similares a los escudos de presión de

tierras, pero presentan dos grandes diferencias:

La presión de tierras en la cámara se logra mezclando el terreno excavado con un lodo

de agua y arcilla (slurry). Consiguen un excelente control de la presión, y el costo

energético es mucho menor. La extracción del material se hace mediante una tubería,

bombeando la mezcla hacia el exterior. La desventaja de este tipo de máquinas es el

tratamiento del terreno extraído, mezclado con los lodos, que exige plantas de gran

superficie para la separación de las partículas más finas.

Page 15: 7.METODOS DE EXCAVACIONES DE TUNELES TBM

EXCAVACIONES MECANICAS

TIPOS BASICOS DE TUNELADORAS

Page 16: 7.METODOS DE EXCAVACIONES DE TUNELES TBM

TBM CON SOSTENIMIENTO PERIFERICO Y FRONTAL

Page 17: 7.METODOS DE EXCAVACIONES DE TUNELES TBM

METODOS DE EXCAVACIONES SUBTERRANEAS

SIN

SOSTENIMIENTO

INMEDIATO

ROZADORAS

EXCAVADORAS

TBM (ABIERTO

CON MORDAZAS)

TBM: ABIERTO

CON ESCUDO Y

MORDAZAS

TBM/SHIELD:

ABIERTO CON

ESCUDO

CON

SOSTENIMIENTO

PERIFERICO

CON SOSTENIMIENTO

PERIFERICO Y

FRONTAL

TBM: FRENTE CON

SOPORTE MECANICO

SHIELD: FRENTE CON

AIRE COMPRIMIDO

SHIELD: FRENTE CON

SUSPENSIÓN

BENTONITICA

SHIELD: FRENTE CON

PRESION DE LODOS

SHIELD: FRENTE MIXTO

EXCAVACIONES MECANICAS

Page 18: 7.METODOS DE EXCAVACIONES DE TUNELES TBM

Excavadoras

Retroexcavadoras especiales

Para suelo y roca

Picadoras

Martillo Neumatico

Para roca blanda o medianamente dura.

EXCAVADORAS PICADORAS

Page 19: 7.METODOS DE EXCAVACIONES DE TUNELES TBM

EXCAVACIONES

MECÁNICAS CON MÁQUINA

Page 20: 7.METODOS DE EXCAVACIONES DE TUNELES TBM

TBM TIPO DRAGALADORA El objetivo de la investigación es el diseño de una tuneladora que permita

realizar el revestimiento interior del túnel mediante un hormigonado continuo,

en contraposición a las técnicas actuales de revestimiento por medio de

dovelas prefabricadas o hinca de tuberías.

Page 21: 7.METODOS DE EXCAVACIONES DE TUNELES TBM

• Adecuado para terrenos cohesivos y sobre nivel freático.

• Extracción del material mediante cinta o vagonetas.

• El personal trabaja dentro del microtúnel.

• No es posible detener posibles derrumbes.

EXCAVACIONES MECÂNICAS CON ESCUDO ABIERTO

Page 22: 7.METODOS DE EXCAVACIONES DE TUNELES TBM

EXCAVACIÓN MECANICA CON MÁQUINAS PARA

EMPUJE DE TUBERIAS - MICROTUNELES

Page 23: 7.METODOS DE EXCAVACIONES DE TUNELES TBM

• Con distintas ruedas de corte adecuado para todo tipo de geologías.

• Extracción del material mediante bombeo, cinta o vagonetas.

• Máxima seguridad. El personal trabaja sin contacto con el frente.

• Control del frente de excavación y de los asentamientos

EXCAVACIONES MECANICAS CON ESCUDO CERRADO

Page 24: 7.METODOS DE EXCAVACIONES DE TUNELES TBM

Se usa generalmente, en terrenos blandos, no cohesivos, compuestos de arena suelta, grava o limo y todo tipo de arcilla.

Es un cilindro formado por planchas de acero soldadas entre sí.

EXCAVACIONES MECANICAS CON ESCUDO

Page 25: 7.METODOS DE EXCAVACIONES DE TUNELES TBM

EXCAVACIONES MECANICAS CON ESCUDO CERRADO

Page 26: 7.METODOS DE EXCAVACIONES DE TUNELES TBM

EXCAVACIONES MECANICAS CON ESCUDO CERRADO

Page 27: 7.METODOS DE EXCAVACIONES DE TUNELES TBM

ROZADORAS

Page 28: 7.METODOS DE EXCAVACIONES DE TUNELES TBM

ESCUDOS ABIERTOS

ROZADORAS

Page 29: 7.METODOS DE EXCAVACIONES DE TUNELES TBM

TBM (TUNNEL BORE MACHINE)

CON MORDAZAS

Presenta un sistema de mordazas que se apoya sobre

el macizo impulsando la máquina

Page 30: 7.METODOS DE EXCAVACIONES DE TUNELES TBM

TBM (TUNNEL BORE MACHINE)

CON PERFORADORA REMOTO

Presenta una perforadora piloto con sistema de mordazas

que se agarra al macizo impulsando la máquina.

Page 31: 7.METODOS DE EXCAVACIONES DE TUNELES TBM

Robot adaptado a los TBM.

Con via humeda o con via seca

SOSTENIMIENTO TIPICO CONVENCIONAL

Page 32: 7.METODOS DE EXCAVACIONES DE TUNELES TBM

• Dovelas de Hormigón Armado

• Prefabricado Instaladas en el interior del escudo y utilizadas como

apoyo para los gatos hidráulicos del TBM/Shield

SOSTENIMIENTO TIPICO

Page 33: 7.METODOS DE EXCAVACIONES DE TUNELES TBM

Escudo Abierto con Brazo excavador

TBM SHIELD

CON SOSTENIMIENTO PERIFERICO

Escudo Abierto con Brazo con Fresa

Page 34: 7.METODOS DE EXCAVACIONES DE TUNELES TBM

TBM CON SOSTENIMIENTO PERIFERICO Y FRONTAL

TBM con sostenimiento mecánico del frente

No presenta presión hidrostática en el frente

Page 35: 7.METODOS DE EXCAVACIONES DE TUNELES TBM

SHIELD CON SOSTENIMIENTO PERIFERICO Y FRONTAL

Escudo tipo Mixto (Slurry-Shield)

Presenta presión hidráulica

(suspensión bentonítica) en el frente

Escudo tipo EPB (Earth-pressure

balanced)

Presenta presión de lodos en el

frente

Page 36: 7.METODOS DE EXCAVACIONES DE TUNELES TBM

SHIELD CON SOSTENIMIENTO PERIFERICO Y FRONTAL

Radiografía de un

Shield

EPB (Esquema Izq.)

Slurry Shield

(Esquema Arrima)

Page 37: 7.METODOS DE EXCAVACIONES DE TUNELES TBM

EXCAVACIÓN MECANICA CON MÁQUINAS ESPECIALES

2 Shields Gemelos (Horizontal o Vertical)

Page 38: 7.METODOS DE EXCAVACIONES DE TUNELES TBM

EXCAVACIÓN MECANICA CON MÁQUINAS ESPECIALES

3 Shields combinados

Page 39: 7.METODOS DE EXCAVACIONES DE TUNELES TBM

EXCAVACIÓN MECANICA CON MÁQUINAS INTEGRALES

PRESURIZADAS - MICROTUNELES

Page 40: 7.METODOS DE EXCAVACIONES DE TUNELES TBM

EXCAVACIÓN MECANICA CON RAISE BORING

Page 41: 7.METODOS DE EXCAVACIONES DE TUNELES TBM

MUCHAS GRACIAS

Ing. Víctor Tolentino Yparraguirre Msc.

CURSO METODOS DE

EXCAVACION DE TUNELES