anexo capitulo 1
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ANEXO CAPITULO I
CONTENIDO
TABLA 1.1
TABLA 1.2
TABLA 1.4
TABLA 1.5
TABLA 1.3
FIGURA 1.1
FIGURA 1.2
FIGURA 1.3
FIGURA 1.4
FIGURA 1.5
FIGURA 1.6
FIGURA 1.7
FIGURA 1.8
GRAFICO 1.1
CATALOGO 1 Adaptadores de culata. Boart longyear
ANEXO 1.1 Montajes especiales para la ejecución de chimeneas y pozos
1.1.1 Planta trepadora Alimak.1.1.2 Jaula Jora.1.1.3 Método de Raise Boring.
a) Estándar.b) Reversible.c) Para huecos ciegos (Blind Hole).d) Estado del Arte
ANEXO 1.2 Perforadoras de barrenos largos en abanico.
a) Estado del Arte
Tabla 1.2.1
Tabla 1.2.2
Tabla 1.2.3
ANEXO 1.3 Perforadoras de barrenos largos de gran diámetro.
Tabla 1.3.1
Tabla 1.3.2
ANEXO 1.4 Captadores de Polvo
ANEXO 1.5 Inclinómetros
a) Aplicaciones para perforación de producción.
b) Aplicaciones para perforación de túneles.
Figura 1.5.1
Figura 1.5.2
Instrucciones de Montaje y conexiones
ANEXO 1.6 Perforación Continua (TMB, Roadheader, Continuous miner).
Figura 1.6.1
Tabla 1.6.1
Figura 1.6.2
Figura 1.6.3
Figura 1.6.4
Figura 1.6.5
Anexo 1.6.1 Estado del arte general de las TBM
Figura 1.6.6 Componentes principales de un Roadheader.
Figura 1.6.7 Tunelera de sección parcial (Continuous Miner).
Figura 1.6.8 Apertura del frente de la cabeza y tipos de herramientas de corte para un TBM.
Anexo 1.7 Aceros de perforación.
Gráfico 1.7.1 Incidencia del costo de los aceros en el costo total de perforación
Figura 1.7.1 Máquinas de rectificado y accesorios
Figura 1.7.2 Rodillos versus Copas de rectificado
Anexo 1.8 Ficha Técnica Roadheader
Figura 1.8.1 Ficha Técnica de Roadheader AQM-200
Figura 1.8.2 Plano de Perfil de un Roadheader AQM-200
Figura 1.8.3 Plano de Planta de un Roadheader AQM-200
Anexo 1.9 Ficha Técnica de un Continuous Miner
Figura 1.9.1 Ficha Técnica de Continuous Minera, Bucyrus, Serie 25M
Figura 1.9.2 Ficha Técnica de Continuous Minera, Bucyrus, Serie 30M
Figura 1.9.3 Ficha Técnica de Continuous Minera, Bucyrus, Serie 35M
TABLA 1.1 Gamas de diámetros según campos de aplicación.
TABLA 1.2 Diámetros de perforación aconsejados en función de la sección del túnel.
Sección de Excavación (m2) Diámetro de Perforación (mm)
< 10 27 – 4010 - 30 35 – 45> 30 38 – 51
TABLA 1.4 Tamaños estándar, para cada diámetro de tubo, y su peso aproximado.
Diámetro Longitud Rosca Pesode
Tubería(mm) API reg (kg)
(mm)76 1500 2 3/8 " 1576 3000 2 3/8 " 2589 1500 2 3/8 " 2289 3000 2 3/8 " 4489 4500 2 3/8 " 63
114 1500 3 1/2 " 45114 3000 3 1/2 " 61114 6100 3 1/2 " 170115 7600 3 1/2 " 199127 6100 3 1/2 " 204127 7600 3 1/2 " 257
TABLA 1.5 Clasificación de diferentes equipos de perforación mecánica.
TABLA 1.3 Datos y rendimientos medios obtenidos por diferentes equipos de perforación rotopercutiva en una roca de tipo medio.
RANGO NOMINAL
Nº Opera-dores
Velocidad Velocidad COMPRESOR
Profundidad de Media de Caudal
Φ Máxima Media Penetración Perforación de aire Presión
(mm) (m) (m) (Cm/min) (m/h) (lts/s) (MPa)
NE
UM
AT
ICO
S
Martillo de mano 20 kg 32-38 1.5 1 1 25 4 30 0.7
Martillo de mano 30 kg 38-45 3 2 1 35 6 60 0.7
Vagón perforador sobre
38-48 8 5 1-2 45 13 80 0.7ruedas pequeño
Vagón perforador sobre
48-64 12 7 1-2 55 16 200 0.7ruedas
Carro perforador sobre
64-100 20 10 1-2 60 19200-350 0.7orugas (martillo en cabeza)
Carro perforador sobre
85-150 30 15 1-2 40 13 200 1.2orugas (martillo en fondo)
HID
RA
ULI
CO
S Carro perforador sobre
50-75 20 10 1-2 80 25 70 0.7orugas pequeño
Carro perforador sobre
64-125 30 15 1-2 100 35 80 0.7orugas grande
FIGURA 1.1 Sarta de perforación; 1.Adaptadores de culata, 2.Manguitos (Culatin), 3.Varillas de extensión, 4.Bocas (Bit), 5.Boca Escariadora y adaptador piloto.
FIGURA 1.2 Adaptadores de Culata
Si consideramos equipos electrohidráulicos (perforadoras hidráulicas), tales como COP 1238-1838-2550-HL500-XL5, Marcas: Sandvik-Montabert-Cannon-Atlas, etc. Sus aplicaciones en Chile son: Avance o Desarrollo, producción con avance radial ó en superficie. Usan Tubo TDS largo o cortos. Los Tipos de Hilo: T38-R32-R28-T45-T51-T60. Función: Transmisión de energía y rotación. Ver Catalogo 1 a modo referencial con diferentes marcas.
El Catálogo 1, se anexa en formato de papel.
FIGURA 1.3 Adaptador con barrido lateral
FIGURA 1.4 Varilla con culata
FIGURA 1.5 Tipos de Varillas
FIGURA 1.6 Barrenas Integrales (Sandvik-Coromant).
A BARRA
B BOCA
B1 ANCHURA DE LA BOCA
B2 ANCHURA DE LA PLAQUITA
B3 ANCHURA DEL FILO
C COLLAR
D DIAMETRO DE LA BOCA
E CULATA
F MARCA
G MARCA DE LA FECHA
H ALTURA DE LA PLAQUITA
K CAPUCHA DE PLASTICO (PARA BARRENAS STANDARD, CAPUCHA AMARILLA PARA BARRENAS ESPECIALES, CAPUCHA ROJA)
L LONGITUD EFECTIVA
M MARCA QUE INDICA EL DIAMETRO DE LA BOCA
R RADIO DEL FILO α ANGULO DE HOLGURA β ANGULO DEL FILO
FIGURA 1.7 Tipos de Manguitos
a) Simples.b) Con Semipuente.c) Con puente.d) Con estrías.e) Con aletas de gran diámetro.
FIGURA 1.8 Bocas de Perforación (Sandvik-Coromant).
a ANCHURA DE LA PLAQUITA b LONGITUD DE LA PLAQUITA c ALTURA DE LA PLAQUITA d DIAMETRO DEL FALDON e LONGITUD DEL FALDON f RANURA DE DETRITUS g ORIFICIO DE BARRIDO LATERAL h ORIFICIO DE BARRIDO CENTRAL i ANCHURA DEL FLANCO k DADO CENTRAL l BOTON CENTRAL m BOTON PERIFERICO D DIAMETRO DE LA BOCA α ANGULO DE HOLGURA
GRAFICO 1.1 Tiempo de Ciclo en una excavación subterránea.
ANEXO 1.1 Montajes especiales para la ejecución de piques y chimeneas.
Introducción
La necesidad de ir incorporando técnicas de excavación de chimeneas y piques mineros más seguros y de mayor productividad ha privilegiado, en los últimos años, en nuestro país, la utilización de las tecnologías Raise Borer y Blind Hole en las diferentes compañías mineras del país.
La tecnología Raise Borer llega a Chile en los años 70 con la incorporación de un equipo Raise Borer en Mina El Salvador el cual excava diversas chimeneas para esa División de Codelco y presta servicios esporádicos a faenas mineras en Copiapó.
Posteriormente en los años 80 Mina El Teniente, incorpora otro equipo a sus operaciones realizando excavaciones de chimeneas en 1,80 metros de diámetro.
Como se puede apreciar los intentos de incorporar la tecnología a las operaciones mineras y civiles, en nuestro país, no son muy generosos en las décadas pasadas, hasta que el año 1994, la empresa Kala S.A. del Grupo Master Drilling International, de Sudáfrica trae a Chile su primer equipo Raise Borer el cual puede excavar chimeneas y piques en diámetros que van de 1,2 a 3,5 metros, y en longitudes hasta 500 metros con inclinaciones de hasta 40°.
A la fecha cuenta con 12 equipos Raise Borer operando en Chile, Perú y Brasil.
Adicionalmente, entre los años 1997 y 1998, Kala S.A. trae a Chile tres equipos con tecnología Blind Hole para excavaciones de 1,5 y 0,7 metros de diámetro, iniciando en mina El Teniente operaciones con altos niveles de seguridad en zonas donde el fenómeno de explosiones de roca, amenazaba frecuentemente con accidentes graves al personal que utilizaba los métodos manuales de excavación.
Hoy ambos métodos están consolidados en nuestro país, desplazando a otras tecnologías como la construcción de chimeneas con Jaula Trepadora Alimak o Vertical Crater Retreat (VCR) principalmente por la seguridad y productividad en las operaciones. (Fuente: Minería Chilena, Octubre 2003).
1.1.1 Plataforma trepadora Alimak
Este método de excavación de chimeneas y piqueras se introdujo en 1957, y desde entonces debido a su flexibilidad, economía y velocidad se ha convertido en uno de los más usados del mundo, sobre todo en aquellos casos donde no existe ningún nivel de acceso superior.
Estos equipos están constituidos por una jaula, la plataforma de trabajo, los motores de accionamiento, el carril guía y los elementos auxiliares.
La elevación de la plataforma se realiza a través, de un carril guía curvado empleando motores de aire comprimido, eléctricos o diesel. La fijación del carril a la roca se lleva a cabo con pernos de anclaje, y tanto las tuberías de aire como de agua necesarias para la perforación, ventilación y el riego se sitúan en el lado interno del carril guía para su protección.
Durante el trabajo los perforistas se encuentran sobre una plataforma segura, ya que disponen de una cubierta y una barandilla de protección, y para el transporte del personal y materiales se utiliza la jaula que se encuentra debajo de la plataforma.
En un relevo dos perforistas pueden avanzar de 2,2 a 3 m. Los accionamientos de aire comprimido son adecuados para longitudes inferiores a los 200 metros.
Las principales ventajas de estos equipos son:
Pueden usarse para chimeneas de pequeña o gran longitud y con cualquier inclinación.
Las diferentes secciones y geometrías de las chimeneas pueden conseguirse cambiando las plataformas, siendo, posible excavar secciones desde 3 m2 hasta 30 m2.
Es posible en una misma obra cambiar la dirección e inclinación de las chimeneas mediante el uso de carriles curvos. La longitud de las excavaciones puede ser prácticamente ilimitada. La chimenea más larga efectuada hasta la actualidad tiene 1.040 m y una inclinación de 45°.
Puede emplearse como equipo de producción en algunos yacimientos aplicando el método «Alimak Raise Mining».
En el ensanchamiento de chimeneas pilotos para la excavación de pozos de gran sección puede complementarse con unidades de perfo-ración horizontal. El equipo básico es posible emplearlo en la apertura de varias chimeneas simultáneamente. En terrenos malos las plataformas pueden utilizarse para realizar el sostenimiento con empernado, inyección, etc. La inversión es menor que con el sistema Raise Borer.
Requiere mano de obra no demasiado especializada. La preparación inicial del área de trabajo es muy reducida.
Por el contrario, algunos inconvenientes que presenta son: El ambiente de trabajo es de escasa calidad. La rugosidad de las paredes es grande, lo cual constituye un
inconveniente en las chimeneas de ventilación y una ventaja en las piqueras de paso de mineral.
El estado del macizo remanente es peor que el conseguido con el método Raise Boring.
Figura 1.9 Diferentes configuraciones de Plataformas
Figura 1.10 Ciclo de Trabajo con Plataforma Alimak
1.1.2 Jaula Jora
Esta máquina es fabricada por Atlas Copco y se aplica también a la excavación de chimeneas y piques, tanto verticales como inclinadas. La diferencia básica con el equipo anterior es que se precisa la realización de- un barreno piloto de un diámetro entre 75 y 100 mm por donde penetra el cable de elevación. Los principales componentes son la plataforma de trabajo, la jaula de transporte, el mecanismo de elevación y en chimeneas inclinadas el carril guía.
Durante la perforación, la plataforma se fija a los hastiales de la excavación mediante un sistema de brazos telescópicos. El principal inconveniente de este método, frente al anterior, es la perforación del barreno piloto, pues del control de su desviación dependerá la longitud de la chimenea. El campo de aplicación práctico y económico se encuentra entre los 30 y 100 m.
En cada pega es necesario desenganchar la jaula del cable de elevación, pues de lo contrario éste último se dañaría durante las voladuras. El barreno central presenta las ventajas de servir de hueco de expansión en los cueles paralelos, con los que se consiguen avances por disparo de unos 3 a 4 m, y de entrada de aire fresco.
Figura 1.11 Jaula Jora en chimenea vertical e inclinada (Atlas Copco)
1. JAULA2. RODILLOS GUIA3. CARRIL GUIA4. VIGA DE TRANSPORTE5. SOPORTE6. MANDOS7. VIGA DE TECHO8. CARRETE DE CABLE9. CABRESTANTE
1.1.3 Método Raise Boring
Este método, que en los últimos 20 años se ha difundido extraordinariamente, consiste en el corte o escariado de la roca por un equipo mecánico.
Las ventajas que presenta son:
Alta seguridad del personal y buenas condiciones de trabajo. Productividad más elevada que con los métodos convencionales de
arranque con explosivos. Perfil liso de las paredes, con pérdidas por fricción del aire mínimas en
los circuitos de ventilación. Sobre excavación inexistente. Rendimiento del avance elevado. Posibilidad de realizar excavaciones inclinadas, aunque es más
adecuado para chimeneas verticales.
Los inconvenientes más importantes son:
Inversión muy elevada. Costo de excavación por metro lineal alto. Poca flexibilidad al ser las dimensiones y formas de las chimeneas
fijas y no ser posible cambiar de dirección. Dificultades en rocas en malas condiciones. Requiere personal especializado y una preparación previa del lugar de
trabajo. Actualmente, operan en el mundo los siguientes subsistemas de Raise
Boring: estándar, reversible y para huecos ciegos (Blind hole).
a) Raise Boring estándar
Es el más utilizado y consiste en colocar el equipo en la parte superior de una planta o nivel, o incluso en el exterior de la mina, para desde ese punto realizar un barreno piloto descendente que cala en un hueco abierto previamente. A continuación, en el interior se acopla la cabeza escariadora realizando la perforación de la chimenea en sentido ascendente.
Perforación de un tiro piloto
Realizada en forma descendente, vertical o inclinada, utilizando como herramienta de corte un tricono de rodamientos sellados.
El avance de la perforación se logra, agregando barras a la columna de perforación, la cual se estabiliza con barras estabilizadoras de piloto.
El detritus producto de la perforación es barrido con agua a presión impulsada por bombas de 37 a 50 KW de potencia, extrayéndolo por el espacio anular que queda entre la pared del pozo y la columna de barras de perforación.
Una altura de salida del flujo de agua, con detritus, o " bailing", de 10 a 12 centímetros, medida de la salida del pozo, nos indicará un buen barrido.
Bajo ese valor será necesario revisar posibles inconvenientes como:
pérdidas de agua por el fondo. falta de volumen de agua para barrer o aumento de densidad del
material a extraer. En todos esos casos será necesario agregar aditivos químicos que
nos ayuden con la extracción.
Normalmente junto al equipo será necesario tener dos piscinas de unos 15 m3 cada una para almacenamiento y recirculación de agua utilizada en el barrido del detritus.
En caso de tener un tipo de roca muy disgregable, en que el barrido con agua no sea adecuado, será necesario utilizar aire comprimido a alta presión para esta operación. Habitualmente se utiliza para perforaciones de unos 200 metros de longitud aire comprimido a razón de 900 a 1200 CFM con 200 a 300 PSI.
La deflexión o desviación del tiro piloto dependerá de la pericia de operación y de la calidad del macizo rocoso a perforar. La presencia de diques, fallas o discontinuidades en general, tenderá a provocar mayores desviaciones.
Escariado o ensanchamiento del tiro piloto.
Una vez perforado el tiro piloto y después de retirado el tricono, se procede a conectar el cabezal o escariador provisto con cortadores, en la galería ubicada en el interior de la mina, donde finalizó la perforación piloto.
El escariador avanza en ascenso, excavando la roca por corte y cizalle, al diámetro final de la chimenea.
Normalmente la presión de empuje en la etapa de escariado es de unas 5 veces mayor a la etapa de perforación piloto.
Para retirar el escariador al final de la excavación existen 2 alternativas:
Bajar la columna de barras, desconectar y retirar el escariador por el fondo de la chimenea o pique, a través de la galería inferior. En este caso será necesario dejar un puente de roca, no excavado, en la parte superior de 2 a 3 metros dependiendo del diámetro final de excavación y la calidad geomecánica de la roca excavada.
Excavar la chimenea completa, retirando el escariador por la parte superior de la excavación. Normalmente es posible utilizar esta alternativa cuando el inicio del pique o chimenea está en la superficie.
Para realizar esta operación se requiere montar el equipo Raise Borer en vigas metálicas que atraviesen la excavación circular abierta en superficie, sostener el escariador desconectado de la columna mediante una grúa, retiro del equipo, para finalizar con el retiro del escariador.
Relación entre el diámetro de perforación piloto y diámetro de escariado
Existirá una relación entre los diámetros de perforación que será determinante para la elección del material de perforación, en la excavación.
En la práctica se ha determinado que hasta 2,5 metros de diámetro final de excavación, utilizar un diámetro de perforación del piloto de 12 ¼ pulgadas es adecuado. En la tabla a continuación se indica los diámetros de chimeneas más frecuentes y los diámetros de perforación piloto utilizados.
Tabla 1.1.1 Diámetros de chimeneas más frecuentes versus diámetros de perforación pilotos.
Descripción de un Equipo Raise Borer.
Motor Eléctrico, tiene como misión dar la rotación a la columna de perforación en las 2 etapas: perforación piloto y escariado.
En la etapa de perforación piloto la columna rota a una velocidad de 30 RPM y en la etapa de escariado a 8 RPM. Normalmente en potencias de 150 HP a 500 HP, 750 RPM y 550 o 380 Volt, dependiendo del tipo de equipo.
Conjunto de Reductores, Conjunto de 3 o 4 transmisiones en base a engranajes y piñones planetarios que reducen las velocidades de rotación a los valores señalados anteriormente, según la operación que se esté realizando.
Sistema de Empuje electrohidráulico, Conjunto de bombas hidráulicas y electroválvulas de alta presión, alrededor de 3000 PSI, que entrega la presión de trabajo a los cilindros hidráulicos para el empuje en las dos etapas de la operación.
La presión necesaria para la operación dependerá de:
1. Longitud de la columna suspendida.2. Calidad geomecánica de la roca a excavar.3. Calidad estructural de la roca y 4. Diámetro final de la excavación.
En general podemos indicar los siguientes rangos de presión de trabajo:
Sistema de Sujeción de la Columna de Barras, Corresponden a componentes mecánicos, tratados térmicamente que tienen como misión sujetar la columna en las 2 etapas de la operación, transmitiendo la energía de empuje y rotación a las herramientas de corte.
Bases y Cuerpo Principal del Equipo, Componentes fabricados en fierro fundido donde se montan los elementos anteriormente señalados. El conjunto completo es montado en la base de concreto.
Conjunto Eléctrico, Sistema de componentes eléctricos compuestos por transformadores, sistemas de partidas suaves, "soft starter", limitador de torque y sistemas de seguridad que resguardan la rotura o
daño de la columna extendida en situaciones de partidas y detenciones de rotación en cualquiera de las etapas.
Columna de perforación, Formada básicamente por barras, estabilizadores de piloto y de escariado, “Cross over”, “stem bar” y barra de partida. La adecuada combinación de este material, permite una operación eficiente y segura.
Habitualmente una barra de 111/4” de diámetro y 1,50 metros de longitud tiene un peso de 420 Kg.
Una barra similar a la anterior pero de 10" de diámetro pesa 260 Kg.
Escariador o Cabezal, Estructura metálica, asimétrica, donde van ubicados los cortadores que dan el área de corte final de excavación.
Normalmente construido en aceros especiales, conectada a la barra “stem bar”, trabaja por empuje y rotación en forma ascendente, contra el macizo rocoso provocando su ruptura por corte cizalle. El número y disposición de los cortadores definirá el área final de excavación.
Tabla 1.1.2 Diámetros de escariadores versus cantidad de escariadores.
DIAMETRO FINAL DEL ESCARIADO(Metros)
NUMERO DE CORTADORES(Un)
1,5 81,8 102,1 122,5 142,7 143,0 163,5 224,04,5
2628
Estación de Trabajo.
La Estación de Trabajo podrá estar ubicada en superficie o interior de la mina. Para estaciones en superficie se requiere una plataforma de unos 100 m2 de superficie donde se ubicará la losa de concreto donde se anclará el equipo Raise Borer.
Los diferentes modelos de equipo Raise Borer definen alturas mínimas de operación y área de trabajo en interior mina.
A continuación se entrega las dimensiones de estaciones respecto de diferentes modelos de equipos.
Tabla 1.1.3 Estación de trabajo según modelo de equipo
Marca Modelo AlturaMetros
ÁreaMetros
Mater Drilling RD-3-250
6,0 3x3
Robbins 73-R 7,5 3x3Robbins 71-R 6,0 3x3Robbins 61-R 5,0 3x3Robbins 41-RRobbins 43-RRobbins 83-R
4,54,57,5
3x33x33x3
Origen: Minería Chilena, editec.cl, octubre 2003
La base de apoyo del equipo debe ser construida en un hormigón simple tipo H-30 y debe asegurarse la perfecta adherencia del concreto con el piso de roca.
Rendimientos de Excavación.
El rendimiento en la excavación de chimeneas con equipos Raise Borer es variable y dependerá fundamentalmente de la calidad geomecánica de la roca, la profundidad del pique o chimenea y por supuesto del diámetro final de excavación.
Por ejemplo faenas como la que opera Minera Maipo en Alhue, el yacimiento tiene zonas con alta resistencia a la compresión uniaxial alrededor de 300 a 400 MPa, en la cual el rendimiento de excavación a diámetro final de 1,5 mt., aplicando altas presiones de empuje, no llegaba a 4 mts por turno, en turnos de 8 horas, con penetraciones de 3 cm. cada 6 minutos.
En cambio excavando a diámetro final de 3,0 mts en zonas de calizas en Minera Punta del Cobre, donde la resistencia a la compresión uniaxial de la
roca llegaba a 160 MPa, se logran hasta 8 mts por turno con penetraciones de hasta 6 cm. cada 6 minutos.138/4”
En general podemos indicar los siguientes rendimientos netos para rocas competentes con una resistencia a la compresión uniaxial de hasta 180 MPa.
Diámetro PerforaciónPiloto (Pulgadas)
Avance Neto
Metros/día121/4” 10 a 20138/4” 10 a 15
Diámetro perforaciónEscariado (metros)
Avance Neto
Metros/día1,52,53,03,5
12 a 208 a 146 a 104 a 8
Estos rendimientos son netos, consideran una operación de 16 horas por día y son producto de la experiencia en excavaciones en diferentes faenas de Chile.
Control de Calidad
Las operaciones con equipos Raise Borer requieren establecer estándares y procedimientos estrictos que permitan tener operaciones seguras y confiables.
Entre los mayores riesgos que se pueden mencionar es la rotura de la columna en alguna de las etapas con la consiguiente caída de las barras o escariador al nivel inferior.
Las actividades principales, entre otras, que es necesario realizar antes en este tipo de operaciones son:
Detección de fisuras en el material de perforación mediante test de ultrasonido, líquidos penetrantes y partículas magnéticas.
Detección de fisuras en componentes de sujeción y sistemas de transmisión con los mismos métodos indicados anteriormente.
Chequeo de horizontabilidad en superficie del escariador, para asegurar que todos los cortadores realicen el corte a la misma altura.
Alineamiento de cortadores en el escariador. Revisión del estado de los rodamientos del tricono antes de iniciar la
perforación. Verificar que los sistemas de seguridad del equipo como el “soft
starter” y el limitador de torque estén operando en óptimas condiciones.
Confección de Procedimientos de Trabajo para cada una de las actividades operativas.
Verificar que la base de apoyo del equipo esté construida bajo estrictos estándares.
Instrucción y Capacitación permanente del personal de operaciones. Buena práctica operacional.
Aplicaciones del Método.
El método es aplicable con gran éxito en las siguientes actividades mineras:
Chimeneas de Ventilación: Por la calidad de la excavación, al dejar paredes lisas, se disminuye notablemente la pérdida de carga, disminuyendo la sección de la labor de ventilación que permita pasar el mismo flujo de aire, respecto de una labor excavada con explosivos.
Chimeneas de Traspaso de Mineral:Al tener paredes lisas aumenta el deslizamiento del material al pasar por la chimenea, aumentando la eficiencia de traspaso y disminuyendo las posibilidades de atascamiento.
Chimeneas de Cara Libre o slot:Una buena alternativa para la construcción de chimeneas de cara libre por la rapidez y exactitud de la excavación que favorece la eficiencia del diagrama de disparo de producción, métodos como “sub level stoping”.
Chimeneas de Servicio y Acceso:Por su terminación y en diámetros pequeños, son una excelente alternativa para el paso a diferentes niveles de servicios como agua, aire comprimido, drenajes y cables de energía eléctrica. Como acceso de personal son más seguras por su mayor estabilidad de la pared de roca.
Chimeneas de relleno de caserones mineros que intervienen en métodos como el “Cut and Fill”.
b) Raise Boring Reversible
Se realizan las mismas operaciones que en el caso anterior, con la diferencia de colocar el equipo en un nivel inferior, e invirtiendo los modos de ejecución del barreno piloto y chimenea que son ascendentes y descendentes respectivamente.
c) Raise Boring para huecos ciegos (Blind Hole)
Consiste en la utilización de una máquina electrohidráulica para la excavación de chimeneas en forma ascendente.
Una vez colocado el equipo en una planta inferior, se realiza la excavación en sentido ascendente a plena sección, sin perforar barrenos pilotos. En esta metodología el equipo se instala en el nivel inferior y la operación consiste en perforar el tiro guía 60 centímetros adelantados al escariador, que va excavando a sección completa, posteriormente, en forma solidaria.
El material excavado cae por gravedad al nivel de la máquina y será guiado por un colector para prevenir riesgos.
El empuje se obtiene de los sistemas hidráulicos de bombas de alta presión y la rotación de un motor eléctrico de 250 HP, para el caso del equipo Robbins 52-R, que va con la transmisión inmediatamente bajo el escariador.
En el caso del equipo Master Drilling RD-2000, se utilizan motores hidráulicos para el empuje y rotación.
Para alcanzar la altura de excavación se adicionan en el cuerpo de la máquina, a nivel de piso barras especiales, estabilizadas, que permiten ir avanzando en altura con el desarrollo de la chimenea.
La autonomía del método es de hasta 100 metros de altura. Los equipos disponibles en Chile son para diámetros de 0,7 y 1,5 mts.
Los elementos básicos para realizar el trabajo, además del equipo en sí que ejerce la rotación y el empuje desde su punto de instalación, son para el barreno piloto, el tricono, los estabilizadores de rodillos y las barras de perforación; y para la ejecución del escariado, el eje, la base, los cortadores y los alojamientos de éstos.
Las cabezas pueden ser según su diseño: integrales, segmentadas y extensibles. Las primeras se utilizan para diámetros desde 1 a 3 m con barrenos pilotos de 200 a 250 mm, las segmentadas para diámetros de
chimeneas entre 1,5 y 3 m y los mismos taladros pilotos que las anteriores, y por último las cabezas extensibles para secciones desde 2 hasta 6,3 m con barrenos pilotos que llegan hasta los 350 mm.
La estructura de corte varía según el tipo de roca en el que se vaya a emplear y su resistencia a la compresión. Los cortadores para roca blanda tienen menor número de insertos que los de roca media o dura, Además, estos insertos son más largos y afilados que los que tendría un cortador para roca dura y abrasiva. Así se incrementa la velocidad de perforación y se reduce el desgaste.
Existen dos tipos distintos de cortadores que se sitúan en la cabeza de escariado diametralmente opuestos, obteniéndose mayores tamaños de los fragmentos y mayor velocidad de perforación.
También la inclinación de los cortadores en la cabeza del escariado es distinta según la posición que ocupen en la misma. Un ángulo de hasta 33° respecto a la horizontal facilita que los cortadores del contorno mantengan mejor el diámetro de escariado, evitándose el desgaste de la cabeza. Ese ángulo puede disminuir hasta 5° en los cortadores interiores e incluso llegar a ser 20° negativo en los centrales para minimizar así las desviaciones.
Los soportes de los cortadores van soldados o atornillados al cuerpo de la cabeza y colocados en círculos concéntricos a igual distancia o nivel con mayor número de cortadores en la periferia, donde el volumen de roca excavada será mayor que en el centro.
Estación de Trabajo
Se ubica en la galería base y sus dimensiones serán de acuerdo al tipo de equipo.
Marca Modelo AlturaMetros
ÁreaMetros
RD 2000 (Φ: 0,7 m) 4,2 3x3Robbins 52-R (Φ: 1,5 m)
6,2 3x3
La base de concreto será en hormigón simple tipo H-25, debiéndose asegurar la perfecta adherencia a la roca del piso.
Rendimientos
Esta tecnología ha funcionado con singular éxito en la División El Teniente de Codelco disminuyendo notoriamente los riesgos de excavación de chimeneas ascendentes, por caída y explosión de rocas.
Los rendimientos netos alcanzados son:
Marca Modelo RendimientoMetros/día
RD 2000 (Φ: 0,7 m) 6,0Robbins 52-R (Φ: 1,5 m)
7,3
En ambos casos se ha considerado una operación de 16 horas por día.
Control de Calidad
Detección de Fisuras en componentes y material de perforación utilizando técnicas de ultrasonido, líquidos penetrantes y partículas magnéticas.
Diseño de sistemas de colección de la roca excavada y verificación de su correcto funcionamiento.
Instrucción y Capacitación permanente al personal de operación. Operaciones según estándares y procedimientos preestablecidos. Buena práctica operacional.
Aplicaciones del Método
Chimeneas Pilotos para Zanjas, excavadas para el método “Block Caving”, en Mina El Teniente en 0,7 mts. diámetro.
Pilotos de Drenaje o Servicios, en forma ascendente, y con la finalidad de traspasar servicios como aire, agua o cables de energía eléctrica, en diámetros de 250 a 311 mm.
Chimeneas de Traspaso Intermedio, excavadas en 1,5 mts de diámetro y que permiten el traspaso de mineral de un nivel a otro en distancias cortas.
Chimeneas para Cara Libre o Slot, excavadas en 1,5 mts de diámetro y actúan como cara libre para la excavación del nivel de hundimiento para el método “Sub level stoping”.
Construcción de Sistemas de Buzones, construidos en Mina El Teniente y que consisten en dos chimeneas en Y, desarrolladas desde la base, que se utilizan como sistemas de traspaso y carga de material. Corresponden a los llamados “Play-Feeder”.
En general este método ha sido aplicado con mucho éxito en los diferentes proyectos en Mina El Teniente, por su alta productividad y seguridad en las operaciones.
d) Estado del Arte
Actualmente en Chile las empresas que poseen “know how” en la construcción de chimeneas y piques son; “Mas Errázuriz Construcciones S.A.” y “Kala S.A.”. Por supuesto hay que mencionar a la empresa “Atlas Copco” como proveedor a nivel mundial de tecnología para construcción con tecnología “raiseboring” poseen su línea “Atlas Copco Robbins”.
Mas Errázuriz S.A. en la última década ha excavado piques descendentes, desarrollando una amplia experiencia en esta especialidad. Para incorporar tecnología se ha contado con la asesoría de empresas reconocidas mundialmente.
Los piques desarrollados son circulares y rectangulares, con revestimiento de concreto y enmaderados de profundidades que varían entre 200 y 500 m. cuenta con todo el equipamiento para desarrollar piques descendentes y además con Jaula Trepadora Alimak para los trabajos en ascenso.
La actividad de Raise Borer se desarrolla con una empresa coligada a Mas Errázuriz S.A.
Principales Obras: Pique y galerías Mansa Mina. Codelco División Norte (1992). Construcción de pique Collahuasi. CIA. Minera Collahuasi (1993). Desarrollo de chimenea de ventilación. Mineracao Serra Grande Brasil
(1993). Proyecto de expansión y pique. Compañía Minera El Indio (1995). Pique directo Mina La Unión Chancador Don Luis. Codelco División El
Salvador. (2001).
Kala S.A. es una empresa chilena, de origen sudafricano, perteneciente al Grupo Master Drilling International, que inició sus operaciones en Chile en el año 1993, utilizando las tecnologías Raise Borer y Blind Hole, para la excavación de chimeneas y piques mineros y civiles, que ofrecen grandes bondades desde el punto de vista de la productividad, rapidez de avance en las diferentes etapas del proceso y altos estándares de seguridad.
Kala S.A. cuenta con distintas alternativas de excavaciones, con los equipos Raise Borer, pudiendo abarcar diámetros de 1,4 a 3,9 metros en longitudes de entre 40 y 600 mts. En tanto, con los equipos Blind Hole, la longitud de excavación ascendentes es hasta 80 metros en 1,5 metros de diámetro.
Kala S.A. materializó sus primeros contratos en 1993, año en el cual inició lentamente la introducción de las excavaciones mecanizadas de chimeneas y piques en diferentes compañías mineras chilenas.
Cabe destacar que en Chile, las primeras excavaciones de chimeneas con la tecnología Blind Hole se realizó en los diferentes sectores de la Mina El Teniente. Este método por corte cizalle en ascenso, controlado a distancia, introdujo altos niveles de seguridad y productividad en las zonas de la mina, donde el fenómeno de explosión de rocas amenazaba frecuentemente con accidentes graves al personal que utilizaba los métodos manuales de excavación de chimeneas.
En forma paralela y a contar del año 1998, Kala S.A. promocionó la apertura de las operaciones en Perú, y es así como en la actualidad, opera la empresa Master Drilling Perú S.A.C. con 14 equipos Raise Borer.
En el año 2000 Kala S.A. promociona la apertura de operaciones en Brasil, y se consolida la empresa Master Drilling Brasil Ltda., actualmente operando con 5 equipos Raise Borer.
Con la apertura de Master Drilling México Ltda. en el año 2004, el grupo Master Drilling Internacional, a través de sus compañías, ya consolidó operaciones para 25 equipos Raise Borer y 7 equipos Blind Hole en América.
Principales Obras:
Pique de ventilación en Sociedad Punta del Cobre S.A. (380 metros de profundidad y un diámetro de 3,0 metros, duración: 120 días de operaciones).
Pique de Ventilación en Candelaria Norte (380 metros de profundidad y un diámetro de 3 metros).
Chimenea de ventilación para el Proyecto El Peñón, de Minera Meridian. (Año 1999, 245 metros de profundidad y diámetros de 2,5 metros, duración: 28 días de operación).
Chimeneas de ventilación en SCM Carola. (250 metros de profundidad y diámetros de 3 metros).
Chimeneas de ventilación para las Divisiones El Salvador y Teniente (hasta 200 metros de profundidad y diámetros de 3 a 3,5 metros, con rendimientos de 22 metros por día de operación).
Chimeneas de ventilación para Anglo American Chile División El Soldado. (hasta 280 metros de profundidad y diámetros de 2,5 y 3,0 metros.
En la tecnología Raise Borer, poseen una amplia gama de diámetros de excavación que van desde 1,0 hasta 6,0 metros de diámetro. Para diámetros especiales desde 4,0 metros cuentan con un equipo HG 380 que puede ser traído desde su Casa Matriz en Sudáfrica y que es capaz de excavar a profundidades cercanas a los 1.000 metros, en esos diámetros.
Es el precursor de la incorporación de la tecnología Blind Hole en División El Teniente, para la excavación de chimeneas pilotos, ascendentes. Desde el año 1997 ha excavado unos 9.000 metros de chimeneas y piques, en diámetros de 0,7 y 1,5 metros, algunas veces en zonas de explosión de roca con altos estándares de seguridad.
Anexo 1.2 Perforadoras de barrenos largos en abanico
a) Estado del Arte
Actualmente en el mundo y especialmente en Chile encontramos en Atlas Copco un proveedor completo, que provee equipamiento de última generación a la mediana y gran minería.
Atlas Copco ofrece una línea completísima de equipos de perforación para producción Simba que han demostrado ser extremadamente productivos. Con todo, podemos encontrar equipos de perforación Simba adecuado para cada aplicación gracias a la disponibilidad de diferentes longitudes de deslizadera, perforadoras y un amplio programa de opciones.
Para el caso de perforadoras de barrenos largos, inicialmente emplearon martillos neumáticos con diámetros entre 50 y 65 mm, con rendimientos de perforación bajos. El empleo de martillos hidráulicos y varillajes pesados ha permitido llegar a diámetros de 102 y 115 mm, entonces podemos clasificar y analizar los siguientes modelos diferenciados por el diámetro del barreno.
Equipos de martillo en Cabeza Simba
Equipo Diámetro del Barreno
Simba 157Simba 1257Serie Simba 1250Serie Simba 1350Simba M3CSimba M4CSimba M6CSimba M7CSimba L3CSimba L6C
51-76 mm51-89 mm51-89 (102) mm51-89 (102) mm51-89 (102) mm51.89 (102) mm51-89 (102) mm51-89 (102) mm89-127 mm89-127 mm
Origen: website: http://www.atlascopco.com/
ANEXO 1.4 Captadores de Polvo
La técnica de control del polvo en las operaciones de perforación de rocas, se divide en dos grandes grupos:
Vía húmeda. Evacuación en seco.
Evacuación del polvo en seco
Cuando el análisis de las diferentes condiciones técnicas de una labor desaconseja la vía húmeda, como sistema de barrido y por consiguiente como sistema de control del polvo, se hace necesario el uso de equipos perforadores dotados de captadores de polvo que eliminen éste justo a la salida de la boca del taladro.
En sus orígenes, dichos captadores se limitaban a una simple campana abrazando la barrena, con un conducto flexible que alejaba unos metros el punto de emisión de polvo, aprovechando la velocidad de salida del aire por la boca del taladro. Este sistema, aunque rudimentario, conseguía disminuir la concentración de polvo a nivel de vías respiratorias del operador, alejándolo del mismo y orientándolo en la dirección más favorable.
Este método sólo podría utilizarse en labores mineras de interior, bajo condiciones muy especiales y, en el exterior, antes de la aparición de normas que limitan la emisión de contaminantes al medio ambiente.
Posteriormente, y para controlar de manera eficaz el polvo en la perforación en seco se han desarrollado diferentes sistemas de aspiración, filtrado y eliminación.
Un captador de polvo está constituido básicamente por los siguientes componentes:
Campana de extracción. Conducto de aspiración/transporte.
Cámara de expansión.
Dispositivo de filtración.
Generador de la presión de trabajo.
El polvo, arrastrado por la corriente del aire de barrido, pasa a la campana y, a través del conducto, a la cámara de expansión, donde se depositan y recogen los gruesos mediante una bolsa colectora. El polvo fino respirable pasará a la zona de filtrado, donde será separado del aire
Figura 1.4.1 Captadores de Polvo.
1.
Boca Colectora
2. Manguera de Aspiración
3. Unidad de Filtro4. Tobera de Impulsión5. Captador de Filtro Cilíndrico6. Captador de Filtro Planos equipados con ventilador aspirante
ANEXO 1.5 Inclinómetros
Podemos encontrar una variedad de modelos que van desde los mecánicos, ópticos y los electrónicos, éstos últimos por su precisión son los más utilizados en labores subterráneas. Para los efectos del presente estudio hemos investigado a la empresa Transtonic AB, son especialistas en sistemas y sensores para ambientes pesados, todos sus instrumentos,
sensores, cables y cajas se diseñan para soportar las condiciones ásperas de un ambiente subterráneo tales como, choque, agua y vibraciones.
La compañía se fundó en 1972, trabajan 9 empleados, localizada en la ciudad de Köping, 150 km al oeste de Estocolmo, Suecia.
Podemos encontrar diferentes productos tales como;
Aplicaciones para perforación de banco. Aplicaciones para desviación de la perforación, en banco. Aplicaciones para perforación de producción. Aplicaciones para perforación de túneles.
Debido al objetivo del presente estudio, nos centraremos en las dos últimas aplicaciones. Gracias a estos instrumentos se pueden ahorrar importantes costos en la perforación de producción. Incluso la desviación limitada de la perforación a 1-3 grados de la dirección calculada de antemano, nos genera un incremento en los costos de perforación y voladura.
a) Aplicaciones para perforación de producción
Los instrumentos desarrollados son “Inclinator CMI production” y “Inclinator CMI production boom”. (Figura 1.5.1), ambos poseen características similares.
b) Aplicaciones para perforación de túneles.
Los instrumentos desarrollados son “Inclinator CMI Tunnel” y “Inclinator Type 5D”. (Figura 1.5.2).
Figura 1.5.1 Inclinómetros para perforación de producción.
1. Inclinator CMI Production.2. Inclinator CMI Production boom.
Datos Generales
Fuente de Alimentación 24 Volt. Consumo de energía 0,2 Amperes. Temperaturas de Trabajo -20 hasta 50ºC. Protección medioambiental IP65
Angulo de medición
Medición rango de inclinación +-60º. Medición rango de cara 360º. Exactitud +-0,3º.
Largo de la perforación / Medida promedio de penetración
Rango de medición largo del tiro de 0 a 99,9 m, 0 a 99’ 11’’. Rango de medición promedio de penetración 0 a 99 m/min, 0 a 32’
7’’/min. Exactitud de medición del largo de los tiros; +-1%, min 0.05 m.
Figura 1.5.2 Inclinómetros para perforación de túneles.
1. “Inklinator CMI Tunnel”2. “Inklinator Type 5D”3. Ilustración del “Inklinator 5D”4. Sin el sistema Inklinator se produce una sobre excavación.5. Con el sistema Inklinator se produce el rendimiento planeado.
Inklinator CMI TunnelLos parámetros son idénticos a los expuestos en la figura 1.5.1 tales como: datos generales, ángulo de medición, largo de perforación/media promedio de penetración.
Inklinator Type 5DMedición rango de inclinación : +-30ºExactitud :+- 0,2-0,3 grados.Fuente de alimentación : 11-30 Volt.Protección ambiental : IP65, protección contra el agua.Temperatura de trabajo : -20 hasta 50 ºC.ANEXO 1.6 Perforación Continua.
Figura 1.6.1 Sección típica del disco usado en máquinas tipo TMB.
Tabla 1.6.1 Factores que influencian la vida del disco.
PARAMETROS DE ROCA FACTORES DE LA MAQUINA
Índice de vida del disco RPM del cabezalContenido de MineralCuarzoMica y calcitaAnfíbol
Número de discosTamaño del discoDiámetro del cabezal de TBM
Figura 1.6.2 Costos de los discos versus resistencia a compresiónValor eje de las “x” = Bar. Valor eje de las “Y” = US$/metro.
Figura 1.6.3 Costos de TBM en función en rendimiento neto (en rocas duras). Valor eje de las “x” = Diámetro TBM, metros, Valor eje de las “Y”=US$/metro
Figura 1.6.4 Precio de compra de un TBM en Europa (Noruega).
Valor eje de las “x” = Diámetro TBM, metros,
Valor eje de las “Y”= Millones de US$.
Figura 1.6.5 Comparación de costos de tuneleo en rocas medio-duras (1200-1400 bares) para un túnel de 18 m2 en sección.
Valor eje de las “x” = Tuneleo en KM. Valor eje de las “Y”= US$/metro tuneleo.
Anexo 1.6.1 Estado del arte general de las TBM
Tras una investigación a través de internet, hemos concluido que la empresa Herrenknecht AG, es una empresa líder en desarrollar la tecnología en sistemas de tuneleo. Se ha traducido la historia de la compañía hasta la actualidad, para formarnos una idea clara de la evolución de estos sistemas.Se agregarán algunas imágenes de los principales componentes de las máquinas y finalmente se mencionarán los alcances de esta tecnología en Chile y sus tímidas aplicaciones.
PERIODO AÑOS
HITO – ACTIVIDAD RELEVANTE
1975 Martin Herrenknecht funda la compañía de ingeniería Martin Herrenknecht.1975/76 Desarrollo de las maquinas tipo MH1 – MH3 para mecanización de túneles a
través de terreno suelto.1980 Desarrollo de las máquinas tipo SM1 y SM2 para mecanización de túneles a
través de roca dura.1983/84 Desarrollo de micro máquinas para diámetros de túneles no accesibles.1984/85
1988
Desarrollo de la generación de escudos mixtos para túneles de gran diámetro debajo del nivel de las aguas.Desarrollo adicional del principio de escudo mixto para grandes diámetros, sobre los 10 metros.
1989/90
19921992-95
19961996/7
1997
1997/98
1998
2000
Desarrollo del sistema de escudo para maquinas de gran diámetro en roca dura.Fundación de la primera subsidiaria en USADesarrollo de componentes para ampliar las aplicaciones de los escudos mixtos: cortadores, soporte de los discos, cortador central activo, reemplazo de las herramientas a presión cero.Desarrollo de maquinas abiertas para roca dura.Diseño y construcción del escudo mixto más grande del mundo (Φ: 14.20 m.) para la construcción del 4to. Túnel del río Elbe.Desarrollo de un sistema de detección sísmica para las máquinas largas.Desarrollo de una micro tuneladora AVT para las pequeñas alcantarillas y drenajes.Desarrollo de un nuevo sistema de navegación para todas las tuneladoras.Desarrollo de un escudo convertible (cambio del modo de operación: presión de la tierra/ presión del agua).Conversión de Herrenknecht Gmbh a Herrenknecht AG. Fundando varias subsidiarias, en los Países Bajos, España y Usa.Logro de un nuevo record con un total de valor de compañía del orden de 175.5 millones de euros. En este momento, Herrenknecht es el líder del mercado en tecnología para mecanización de túneles.
PERIODOAÑOS
HITO – ACTIVIDAD RELEVANTE
2001
2003
2004
2005
2006
2007
2008
Herrenknecht AG recibe la orden para la construcción, suministro y el montaje de dos Gripper TBM para el nuevo túnel base de “St.Gotthard” ubicado en suiza.Herrenknecht AG recibe órdenes por un total de 100 millones de euros desde Asia, la venta más importante en el área de sistemas para mecanización de túneles después de Europa. Con 4 Gripper TBM, Herrenknecht construye el túnel “St.Gotthard”, el túnel de transporte más largo del mundo con 2x57 kilómetros.Herrenknecht funda subsidiaria para el mercado de Asia – Pacífico, en Singapur.En China, en la provincia de “Guangzhou”, sólo 17 escudos con presión de tierra están construyendo la red del metro.Por primera vez se alcanza un volumen de ventas de 500 millones de euros. Para un túnel de autopista, Herrenknecht construye la perforadora de túneles más grande del mundo (Φ=15.20 metros). En “Guangzhou”, es abierta la primera planta de ensamble para el tráfico de equipo para tunelería.Herrenknecht presenta la primera planta de perforación para exploraciones geotermales. Con un diámetro de 15.43 metros, dos trituradores del record mundial consiguen trabajar en Shangai, China. En “Nansha” (provincia de “Guangdong”, China), es abierta una nueva planta de ensamble.Herrenknecht funda subsidiarias, “Herrenknecht Formwork”, y “Bohrtec Vertical” y abre otra planta de ensamble en “Chengdu” (provincia de “Sichuan”). A fines de Octubre la intersección de dos máquinas en el túnel “Katzenberg” es celebrado.En el año comercial 2007, los pedidos exceden por primera vez los mil millones de euros (1 billón euros).El contrato para que la máquina número 100 sea entrega a China, es firmado.En mayo y septiembre, dos record mundiales de la mano de Herrenknecht alcanzan su objetivo en “Shangai”. Las TBM más grandes del mundo, S-317 y S-318 Mixshields, completan el túnel en este proyecto pionero, en un año antes de lo programado.Los miembros de la gerencia de Herrenknecht AG celebran el 28 de junio con 2,000 visitantes provenientes de la economía y política y junto con los empleados el trigésimo tercer aniversario de la compañía. Con el lema “treinta años de Herrenknecht. Juntos contra viento y marea”.
Tras esta reseña de la compañía, ya tenemos una real dimensión a nivel mundial de la evolución y desarrollo de esta tecnología.Finalmente analizaremos los productos que la compañía ofrece al mercado.
Las diversas aplicaciones de TBM, de acuerdo a las condiciones se pueden subdividir de la siguiente manera; Tunelería de tráfico y Túneles para uso
general. A continuación se entregará una lista con todas las máquinas y su descripción:
Tipo de Máquina Tunelería de tráfico
Túneles de uso
general
Rango de diámetros (m)
EPB Shield x x 4.2 <Φ< 15
Mixshield x 4.2 <Φ< 19
Gripper TBM x 4.2 <Φ< 12.5
Single Shield TBM x x 4.2 <Φ< 14
Double Shield TBM x 4.2 <Φ< 12.5
Partial Face Excavation Machines x x 4.2 <Φ< 13
AVN x 0.4<Φ<4.2
AVND x 1.9<Φ<4.2
AVN-T x 1.5<Φ<4.2
HDD Rigs x 0.2<Φ<1.6
Auger Drilling Machines x 0.2<Φ<1.5
Tunelería de tráfico
La tecnología de tunelería de tráfico (Φ> 4.20 metros) es utilizada a través del mundo para dar soluciones a la infraestructura urbana de tránsito. Los equipos siempre son siempre adaptados a los diferentes proyectos, considerando las condiciones geológicas e hidrogeológicas, tanto para terrenos blandos, mixtos, duros, secos y saturados en agua.
EPB Shield
Los escudos balanceados con la presión de la tierra, se encuentran en su elemento cuando la geología es suave. Terrenos cohesionados y no cohesionados con una gran cantidad de arcilla o conglomerado, con baja permeabilidad de agua, son condiciones ideales para un tuneleo EPB.
Mixshield
Son especialistas para multicapas que presenten una geología compleja, en particular las que presenten una gran cantidad de agua. En una geología heterogénea, la máquina puede ser operada en el líquido o en un modo Mixshield, gracias a su diseño de ensamble modular. Además, es técnicamente posible operar con una combinación de Mixshield y otro escudo. Todas las combinaciones de líquido, balance de presión terrestre, aire comprimido o métodos de escudo abierto son generalmente posibles con un Mixshield convertible.
Gripper TBM
Diseñado para el uso en roca sólida, el principio de los Gripper es la técnica más simple y efectiva. La máquina sólo se apoya sobre la roca usando dos platos Gripper. Luego, los cilindros hidráulicos presionan los cabezales de corte en la cara del túnel a una alta presión, moliendo la roca con los anillos cortadores. La máquina Gripper doble trabaja de acuerdo al mismo principio, usando, utilizando cuatro platos hidráulicos Gripper.
Single Shield TBM
Diseñado para el uso en roca frágil ó suave. En el escudo del tuneleo, el túnel es alineado con segmentos de concreto. Hacia adelante del túnel, los cilindros hidráulicos cortadores de la single Shield TBM presionan contra el anillo de alineación instalado.
Double Shield TBM
Doble, o telescópico, une los principios de Gripper y el single shield TBM, permitiendo una excavación rápida, aún en formaciones rocosas variadas.
Parcial face excavation machines
Los escudos con la excavación parcial de la cara, pueden alcanzar avances notables en las condiciones geológicas más diversas y en una larga gama de diferentes perfiles de túneles. El mismo equipo básico puede ser amoldado con ambas máquinas, las excavadoras y roadheaders.
Tabla 1.6.1 Resumen de las maquinarias utilizadas en diferentes proyectos para tunelería de tráfico.
Condiciones Máquina Tipo Nombre proyectoTerreno Blando EPB Shield S-300 (1) M-30 Túnel, Madrid, España.Aluvión EPB Shield S-297-298 (2) Eastside LRT Proyect Los Angeles, USAArenisca, limonita
Arena, arcillaGneiss, anfibolitaDiques de diabasa
Arena, rodados arcillaSedimentos fluviales, Bloques erráticos
Gneiss, granito, pizarra
Granito, Gneiss
Granito, Gneiss
Marga, Roca sedimentaArenisca
Granito
Sin Ref.
EPB Shield
MixshieldMixshield
Mixshield
Gripper
Gripper
Gripper
SingleShieldTBM
DoubleShieldTBM
PartialFace Excavation
SingleShieldS-193
S-264-265
S-317-318S-246
S-108
S-210 S-211S-229S-230
S-271
S-288S-289
S-303S-304S-319
S-201S-202
S-194
S-193
(3) Katzenberg Tunnel, Efringen, Germany
(4) Shanghai, Changjiang, Under River,China(5) Hallandsas, Sweden
(6) Röhre Elb tunnel, Hamburg
(7) Gotthard Base Tunnel, Switzerland
(8) Tunnel Maurice Lemaire, France
(9) West Area CSO Tunnel, Atlanta, USA
(10) Wienerwald and Perschling, Austria
(11) Guadarrama, España
(12) Dublin, Ireland
Origen: http://www.herrenknecht.com/Breve descripción de los proyectos mencionados en la tabla 1.6.1
(1) La nueva autopista urbana M-30 fue planeada para relevar la congestión de tráfico importante en Madrid a partir de 2007. Su construcción exigió perforar un túnel de tres líneas de camino de 3.65 kilómetros, con diámetro de 15,200 mm, con condiciones geológicas exigentes producto de la arcilla y el yeso sólido, con gradientes ascendentes de 5 por ciento. Éste proyecto demandó un cuidado y precisión extremos, puesto que el área es densamente poblada, el carril y el túnel del metro tuvieron que ser construidos a tan solo 6.5 metros por debajo, sin causar ningún efecto lateral.
Acerca de la máquina, actualmente es el protector más grande del mundo, posee un diseño mecánico innovador; una rueda interna de corte (Φ= 7 m) y rueda externa coaxial de corte (Φ=15.20 m), se monta en el mismo plano de funcionamiento, permitiendo a las máquinas funcionar en una dirección a la derecha y en sentido contrario a las agujas del reloj independientemente una de otra. El poder de los cabezales de corte es de 14,000 Kw, el torque 8,450 kNm, técnicas de soporte a través de líneas segmentadas. El túnel fue alcanzado 4 meses antes de lo previsto, poco menos de 30 meses.
(2) En un esfuerzo por tratar de crear autopistas sin peaje atascadas, la autoridad metropolitana del transporte del condado de Los Ángeles están ampliando su red ferroviaria. La "Línea de Oro" vinculará la gran distancia entre “Union station” con el suburbio del noreste de Pasadena está siendo extendida alrededor de 10 km hacia el sureste. El largo del túnel son 2,028 metros y el diámetro son 6,514 mm.
Cuando se desarrolla el tuneleo, es posible encontrar en cualquier parte de los Ángeles, metano debido al aceite mineral local, así que ambas máquinas fueron protegidos contra el grisú. Las válvulas, los motores y las cabinas de control también fueron equipados apropiadamente. Incluso los botones y los interruptores del panel de control fueron protegidos. La “Línea de oro", que tomará a sus pasajeros hasta las playas del pacífico, se programa para abrirse en 2009.
Dos TBM’s, " Lola" y " Vicki", equipados con escudos protectores del balance de la presión de la tierra, comenzaron dos túneles, a partir de febrero a diciembre de 2006, debajo de los distritos al este del centro de ciudad.
Un transportador de tornillo horizontal cerrado en el acoplado transportó el material excavado que contenía los hidrocarburos al extremo de la máquina, que tenía mejor ventilación, donde fue llenada en los carros. Estos carros también fueron utilizados para almacenar el material excavado temporalmente, cuando los camiones quedaron atrapados en su tráfico. El poder de los cabezales de corte es de 945 Kw, el torque 4,377 kNm, técnicas de soporte a través de líneas segmentadas.
(3) Cuando este proyecto se termine, el túnel Katzenberg, será el túnel ferroviario más largo excavado en Alemania por una máquina, casi nueve kilómetros de largo a través de condiciones geológicas diversas. A partir del 2012, el tren que ahora corre a unos 70 km/h, en la línea antigua entre el sur de la ciudad de “Bellingen” y “Efringen-kirchen”, correrá a través del valle meriodional del “Rhin” a una velocidad máxima de 250 km/h.
El túnel con un largo de 8,984 metros, un diámetro de 11,120 mm, será construido por dos TMB idénticas, “Marion”(S-264) y “Inken”(S-265), comenzaron su trabajo en mayo y septiembre del 2005 desde la frontera con suiza respectivamente y comenzaron a perforar hacia el norte a una profundidad de 110 metros a tan sólo unos metros de distancia entre ellas. Para asegurar una fuente ininterrumpida de los 63,000 segmentos de alineación requeridos para la fortificación, se construyó una planta de segmentos de alineación cerca del portal sur, en donde el concreto especial será vertido en los moldes de acero. Sólo dos años más tarde, en el otoño del 2007, los dos “EPB Shield” alcanzan sus objetivos, una seguida de la otra, el portal ubicado al norte, cerca de la ciudad de “Bellingen”. Una etapa crucial para la construcción de la línea de alta velocidad ha sido completada exitosamente. El poder de los cabezales de corte es de 3,200 Kw, el torque 23,700 kNm, técnicas de soporte a través de líneas segmentadas.
(4) En Mayo y Septiembre del 2008, el túnel más largo del mundo realizado por TBM´s, dos túneles con un diámetro de 15.43 metros, fue completado satisfactoriamente por debajo del Río Yangtze en Shanghai. Luego de 20 meses, la construcción de dos túneles de 7.5 kilómetros diseñados con una combinación de túnel de carretera y metro fue completada. Un año más pronto que lo programado, las máquinas gigantes alcanzaron su objetivo en la isla del río Changxing. Existen buenas chances para que los dos túneles paralelos puedan sean abiertos al tráfico en tiempo para la “Shanghai World Expo 2010”.
Con una sobre carga de hasta 65 metros, las máquinas construyeron su camino a través de arena, arcilla y agua subterránea con presiones de agua hasta los 6.5 bar. Los rendimientos semanales del tuneleo fueron de hasta 142 metros de túnel construido, rendimientos diarios fueron de hasta 26 metros. El equipo que operaron los TBM’s, dirigieron 2,300 toneladas y 125 metros de largo con una alta precisión. En una ruta de 7.5 kilómetros, ellos desviaron sólo 2.7 centímetros del trazado original. Ahora, los dos túneles del “Shanghai Yangtze Under River Tunnel” conectan el distrito de Shanghai de “Pudong” con la isla de “Changxing” en el Río “Yangtze”. Desde el 2010 en adelante, la combinación de túneles de carretera y metro, reducirá los viajes desde 1 hora a 20 minutos y reemplazarán las conexiones existentes de “ferry”.
(5) El acoplamiento del tren, entre “Malmö” y “Göteborg”, en la costa oeste de Suecia, está siendo modernizado por una conexión de línea a alta velocidad. Un obstáculo que hubo que superar en este proyecto fueron los cantos de la cadena montañosa de “Hallandsas”, hasta el sur de “Bastad”. Intentos iniciales de construir el túnel por método de perforación y voladura, fueron desechados productos de las condiciones geológicas difíciles de superar, principalmente altas presiones de agua y profundas fisuras en la roca. La invitación de las ofertas estipulaba que el túnel debía tener 5.6 kilómetros de largo, con un diámetro interior de 9.4 metros. Finalmente el túnel fue construido con técnicas mecanizadas.
La ruta a través de las Montañas “Hallandsas” en el Sur de Suecia es considerada como uno de los proyectos de tunelería más difíciles en el mundo. Un consorcio (sueco-francés), compuesto por dos compañías “Skanska” y “Vinci”, realizó el trabajo en Marzo del 2004 para encontrar una manera de trabajar en este macizo rocoso particularmente duro. Dos túbos, cada uno de 5.6 kilómetros de largo fueron necesarios, para esto los ingenieros de Herrenknecht desarrollaron y construyeron un Mixshield convertible con un diámetro de 10.530 milímetros. Dependiendo de las condiciones del macizo rocoso, la máquina podía ser operada en seguridad tanto en modo abierto en roca dura ó cerrada, con soporte de la mezcla, si es que la presión del agua subterránea es alta. El largo del túnel son 11,000 metros y el diámetro son 10,530 mm.
Herrenknecht AG suministró a “Skanska-Vinci” con una TBM`s específicamente adaptada a las condiciones descritas. El Mixshield S-246 puede ser convertido en el túnel y puede realizar el tuneleo en Modo cerrado de la mezcla y en el modo abierto para roca dura. En el modo cerrado (operación de la mezcla), la TBM está diseñada para conectar pasajes con una presión de agua elevada (operación máxima de presión 13 bar). Permanentemente instaladas herramientas de perforación y grouteo con el objeto de asegurar que la afluencia de agua pueda ser restringida por grouteo de cemento. El poder de los cabezales de corte es de 4,000 Kw, el torque 20,370 kNm, técnicas de soporte a través de líneas segmentadas.
(6) Desde los años noventa, los tres túneles existentes en el túnel “Elbe”, estaban siendo incapaces de solventar el volumen de tráfico en la ciudad de “Hanseatic”. Un cuarto túnel era necesario para facilitar la congestión de tráfico, entonces se decide la construcción de un cuarto túnel excavado
mecánicamente con el objetivo de no interrumpir el importante comercio en el “Elbe”. Esto hizo necesario realizar el trabajo con seguridad en estratificaciones geológicas extremadamente diversas y debajo de grandes presiones de agua de 5.5 bar con una sobrecarga entre los 7 y 13 metros.
Para el envío alemán, Hamburgo es la puerta de entrada hacia el mundo y el “Elbe” es el acceso hacia el mar del norte y al canal. El túnel del “Elbe” pasa por debajo del río, y mantener su papel como una arteria vital del tráfico, necesita un cuarto túnel. El largo del túnel fue de 2,560 metros y el diámetro de 14,200 metros.
Con un diámetro de 14.20 metros, era en aquel momento el Mixshield más grande del mundo. Puesto que un cambio convencional del cortador no era posible, Herrenknecht desarrolló ruedas especiales de corte accesibles con condiciones atmosféricas inferiores. El cortador del centro activo avanzó hasta 600 metros delante de la rueda de corte, consiguiendo de esta manera, hacer un túnel a través de un suelo extremadamente cohesivo. Otra innovación fue el sistema SSP (“Sonic Softground Probing”). La excavación del túnel fue completada en 2 años y 5 meses. El poder de los cabezales de corte es de 3,400 Kw, el torque 25,780 kNm, técnicas de soporte a través de líneas segmentadas.
(7) El túnel Gotthard, será una verdadera y excepcional hazaña de la ingeniería civil. El túnel de transporte más largo del mundo con 57 kilómetros de largo, transformando la línea ferroviaria desde “Basle” hasta “Milán”. A una distancia total de 153.5 kilómetros, incluyendo los ejes y túneles necesarios, fue excavado debajo de variada y exigentes condiciones geográficas. Sobre 40 kilómetros fueron excavados por el túnel principal por 4 Herrenknecht Gripper TBM’s. Dos máquinas trabajando desde el norte, “Gabi I” y “Gabi II”, completaron su trabajo a comienzos del año 2006. “Heidi”(S-211) y “Sissi” (S-210) comenzaron el tuneleo desde el año 2002. La brecha fue hecha en el otoño del año 2006, después de 13.5 kilómetros, con una precisión relativa en la desviación horizontal y vertical que fue de 5 y 2 centímetros respectivamente.
El largo del túnel fue de 13,069 metros y el diámetro de 8,830 metros. El poder de los cabezales de corte es de 3,500 Kw, el torque 8,500 kNm, técnicas de soporte a través de roca.
(8) El túnel “Maurice Lemaire”, el túnel de camino más largo enteramente establecido en suelo francés, une “Saint Marie”-“aux”- “Mines” con “Lusse” en las Montañas de “Vosges”. Para cumplir actuales estándares de seguridad, un nuevo túnel tuvo que ser perforado a través de gneiss y granito, a una distancia de alrededor de 16 metros desde el túnel principal.
Cerca de 6.2 kilómetros fueron perforados por Herrenknecht-Gripper TBM con un escudo abierto para roca dura. Este proyecto fue el primero usando tecnología Gripper en Francia. Con un rendimiento semanal de hasta 234 metros, y un récord de rendimiento diario de 55 metros, la máquina alcanzó su objetivo en “Lusse” el 2 de Junio del 2006. El túnel “Maurice Lemaire” fue reabierto al tránsito para la temporada de invierno del año 2007/2008.
El largo del túnel fue de 6,225 metros y el diámetro de 6,000 metros. El poder de los cabezales de corte es de 2,100 Kw, el torque 2,106 kNm, técnicas de soporte a través de roca.
(9) La agencia de protección medioambiental (EPA) levantó una ley respecto del desbordamiento de las aguas residuales no tratadas en los ríos y las corrientes conocido como “Alcantarilla Overflows” debe detenerse. Debido a que las capacidades de las plantas de aguas residuales son inadecuadas, especialmente después de grandes precipitaciones, grandes ciudades tales como Atlanta han decidido almacenarlas inicialmente en depósitos subterráneos. Los dos túneles previstos para este propósito tendrán un largo de 13.4 kilómetros y podrán almacenar alrededor de 670 millones de litros de agua mezclada. Dos Herrenknecht Gripper TBM`s, cada una con un diámetro de 8.23 metros, han estado realizando el tuneleo por debajo de la ciudad de Atlanta a través de gneiss y granito desde el 2005. Dos máquinas (S-288 y S-289), que poseen el mismo diseño, han desarrollado rendimientos hasta 187.5 y 208.5 metros por semana respectivamente. La terminación del túnel de almacenaje se diseñó para fines del 2007.
El largo del túnel fue de 7,273 metros y el diámetro de 8,230 metros. El poder de los cabezales de corte es de 3,150 Kw, el torque 3,759 kNm, técnicas de soporte a través de roca.
(10) Tres Herrenknecht Single Shield TBM´s demuestran la energía de la excavación mecanizada en un país donde tradicionalmente el “Nuevo método austriaco” había sido usado para excavar roca dura. Tres túneles ferroviarios forman la cadena del túnel Perschling: “Stierschweifeld” (2,857 m), “Reisenberg” (1,327 m) y “Raingruben” (2,147 m). Esta cadena será parte de la Ferrovía del Oeste Austriaco (“Westbahn”) entre las ciudades de Viena-Salzburg-Passau-Alemania respectivamente. Con todo, será una línea ferroviaria que conectará el centro y el este de Europa.
Desde diciembre del 2005 se perfora y construye el primero de los tres túneles a través de marga, roca sedimentaria y arenisca. En abril del 2007, la S-319 realizó el primer quiebre en el túnel “Stierschweiffeld” (2,857 metros) y así completó la primera fase. Continuando con el programa en el verano del 2007, la máquina comienza el túnel “Reisenberg” (1,327 metros) y finalmente
el túnel “Raingruben” (2,147 metros). La apertura de los túneles se encuentra programada para el 2012.
El largo del túnel proyectado es de 6,284 metros y el diámetro de 12,980 metros. El poder de los cabezales de corte es de 3,200 Kw, el torque 13,500 kNm, técnicas de soporte a través de roca.
11) El Proyecto involucró la construcción de un túnel ferroviario gemelo a través de la cadena montañosa central de España, de Sierra de Guadarrama hacia el norte de Madrid, los cuales formaron parte de la nueva línea férrea de alta velocidad entre Madrid y Segovia. La ruta corre por debajo del Parque Nacional “Manzanare”, en el cual la geología predominante es granito, con una dureza de hasta 160 MPa.
El proyecto se desarrollo en una carrera entre cuatro Double Shield TBM’s,
dos de ellas fueron manufacturadas por Herrenknecht, y dos por Wirth. Las
máquinas de la empresa Herrenknecht al norte y al sur las máquinas de la
empresa Wirth, culminando el término del tuneleo en una final cuerpo a
cuerpo. La competencia contribuyó firmemente al éxito de este proyecto en
conjunto, en solo tres años, cerca de 58 kilómetros de túnel fueron
perforados, con un diámetro de perforación de 9.51 metros, a través de roca
dura. Las dos máquinas Herrenknecht Double Shield, son las TBM’s más
sofisticadas utilizadas en excavación mecanizada alguna vez. Fusionando
dos técnicas, excavación tipo Shield (escudo) y principio Gripper, con el
principio Gripper ellas consiguieron una excavación rápida en roca sólida. El
rendimiento máximo de la tasa de avance semanal por sobre los 200 metros,
demostrando el alto rendimiento de este tipo de TBM`s y tipo de roca. El
principio Shield pudo ser utilizado para conducir incluso a través de zonas de
fallas geológicas. La excavación fue concluida exitosamente en Diciembre
del 2004 y en Junio del 2005 respectivamente.
El largo del túnel proyectado es de 14,292 metros y el diámetro de 9,510
metros. El poder de los cabezales de corte es de 4,200 Kw, el torque 963
kNm, técnicas de soporte a través de líneas segmentadas.
12) El 75% del comercio marítimo pasa a través del puerto de Dublín. Un
túnel será el vínculo de la autopista y caminos de las afueras de la ciudad
directamente con el Puerto. En el año 2002, la máquina con el Partial Face
Excavation S-194 excavó la primera sección del túnel y, una vez que el
trabajo fue realizado, fue reemplazado por el TBM`s Single Shield S-193. El
uso de estas dos tipos de máquinas fue una solución que generó
Herrenknecht´s producto de una fuerte variedad en las condiciones
geológicas a lo largo de la ruta. Después de la última brecha de la TBM`s en
2004, el túnel fue puesto en operación en Diciembre del 2006.
Máquinas tuneladoras en Chile
Una tuneladora o TBM (Tunnel Boring Machine) corresponde a una máquina
capaz de excavar túneles a sección completa a través de un método
mecanizado. La excavación se efectúa mediante una cabeza giratoria
equipada con elementos de corte y accionada por motores hidráulicos. La
primera y única tuneladora para roca dura que se utilizó en Chile
corresponde a la máquina Wirth TBS III 520 E que comenzó sus operaciones
en 1991 con el objetivo de efectuar un túnel de 11 km de largo y 4,6 m de
diámetro de tipo aducción en Río Blanco de la División El Teniente. “Algunos
especialistas tienen una percepción de que esta experiencia fue un fracaso,
debido a los problemas que se enfrentaron. Sin embargo, si se revisan
detalladamente los antecedentes, se puede ver que fue una experiencia
exitosa”, comenta Alfonso Ovalle, principal Ingeniero en Minas de la empresa
Amec.
Los estudios geológicos realizados correspondieron a mapeos superficiales,
entregándose muestras de roca, pero sin realizar estudios muy profundos. A
las pocas semanas de haber comenzado la faena, se observó que los
cortadores no eran capaces de avanzar bien por el tipo de roca que existía,
deteniéndose la obra y solicitando cortadores nuevos al extranjero. Aunque
el túnel estaba presupuestado realizarlo por un solo frente, mientras llegaban
los nuevos cortadores, se avanzó con el método de perforación y tronadura
por el otro frente. Hubo también inconvenientes hacia el final de la
construcción de la obra. Un aluvión inundó el túnel por la sección que
avanzaba con el método convencional. “Finalmente, se perforaron 9 km con
la tuneladora, con un costo de US$1.000 por metro y 2 km con el método de
perforación y tronadura, a un costo de US$1.200 por metro. El rendimiento
promedio de la TBM fue de 285 m por mes, demorándose 3 años en total, tal
como se había presupuestado”, concluye Ovalle.
La segunda experiencia chilena corresponde a una tuneladora de escudo
abierto que se utilizó en 1997 para ejecutar la construcción del colector de
aguas servidas Valparaíso-Viña del Mar. La ejecución del túnel se realizó con
una tunelera solicitada por Soletanche Bachy a CSM Bessac, habilitada con
un brazo de excavación hidráulico, compatible con un martillo neumático
para la demolición de bloques. Este tipo de tunelera exigió la ejecución de
inyecciones de impermeabilización y consolidación, tanto en la zona de
excavación (para evitar la pérdida de presión de la cámara hiperbárica de
trabajo a través del suelo) como en los piques (para consolidar la interfase
suelo-pozo). En algunas zonas de excavación se encontró gran cantidad de
bloques los que eran removidos con el brazo de la tunelera y de ser
necesario eran demolidos con martillos neumáticos manuales o martillos
especiales instalados en el brazo de la tunelera. En las zonas donde el frente
presentaba un alto porcentaje de roca, se emplearon explosivos. Parte de
estos trabajos se realizaron 4 m debajo de fundaciones de edificios de 18
pisos, efectuando un control topográfico en superficie.
Según los profesionales entrevistados, no hubo más experiencias con
tuneladoras en el país. Poco, casi nada considerando su aplicación masiva
en Europa.
La primear experiencia con TBM fue considerada como un fracaso por la
mayoría de los profesionales del sector, lo que marcó un precedente
importante en futuros emprendimientos. Pero hay más razones: “Debe existir
un proyecto de envergadura que justifique la gran inversión que demandan.
Con túneles superiores a 10 km, comienzan a justificarse”, comenta César
Balcázar, ingeniero de la gerencia de estudios de Más Errázuriz
Construcciones S.A., empresa con experiencia en la construcción de túneles
y diversas obras subterráneas. Además, los túneles a excavar con estas
maquinarias deben tener radios de curvatura elevados porque las máquinas
no aceptan curvas cerradas, y la sección tiene que ser circular en túneles
excavados con cabeza giratoria. Por otra parte, señala Alfonso Ovalle, los
riesgos de atrapamiento de la tuneladora por derrumbe en caso de mala
calidad de roca, pueden tener graves consecuencias si no se está bien
preparado para ello, por lo que es necesario una selección adecuada de la
tuneladora y de contratistas experimentados para desarrollar la obra.
Se han realizado estudios que han arrojado resultados más favorables hacia
los métodos convencionales. “En el año 2004 desarrollamos un estudio de
factibilidad del uso de máquinas tuneladoras para la Línea 4 del Metro. En
ese momento, debido a las restrictivas condiciones de plazo impuestas a
este proyecto, los resultados del estudio indicaron que el método de
excavación convencional era el más apropiado ya que tenía un menor costo,
generaba más beneficios a la industria local y significaba riesgos más bajos
al programa de construcción del proyecto”, indica Alexandre Gomes, gerente
general de Geoconsult, empresa austro-chilena especialista en planificación,
diseño y consultoría en obras subterráneas, geología e ingeniería ambiental
y estructural.
Otra de las dificultades se encuentra en la condición geológica de nuestra
cordillera. “Por ser de una edad muy joven, la calidad de la roca es muy
heterogénea y con muchas alteraciones, por lo que la máquina no puede
trabajar regularmente”, señala Balcázar.
“En los últimos 15 años, el desarrollo tecnológico de las máquinas
tuneladoras ha traído enormes progresos, los que se han traducido en
mejoras en rapidez, seguridad, precisión y menores costos. Las TBM son
altamente necesarias para Chile y su futuro”, concluye Herbert Siller,
representante de Herrenknecht, empresa alemana que abarca el 65% del
mercado mundial de máquinas tuneladoras.
Tuneladoras en el mundo
En numerosas ciudades del extranjero se utilizan máquinas tuneladoras
debido a las malas condiciones del suelo y para mitigar riesgos asociados al
uso de métodos convencionales.
Estas máquinas han evolucionado tecnológicamente y en la actualidad
excavan en diversas condiciones y calidades de terreno.
En el caso de suelos blandos y/o con presencia de agua, se utilizan
máquinas con frente cerrado, del tipo EPB (Earth Pressure Balance) o tipo
mixto (Slurry-Shield), según las condiciones existentes. Durante la
excavación, estas máquinas trabajan con compensación de presiones en el
frente, contrarrestando las presiones de agua y suelo del medio circundante
y minimizando las perturbaciones al entorno.
En el caso de excavación en roca, se han desarrollado máquinas del tipo
“doble escudo”, donde el delantero contiene el rodamiento principal y el
sistema de accionamiento de la rueda de corte, y el trasero incorpora los
“grippers” o zapatas de fijación de la máquina contra la roca sana, así como
el equipo auxiliar de empuje que actúa contra los anillos del revestimiento
prefabricado para al avance en roca alterada.
Cuando se avanza en roca sana, utiliza los grippers para lograr la reacción
que le permite excavar el módulo de avance como lo hace una tuneladora
convencional de roca.
Si por el contrario la roca es inestable y no soporta el empuje de los grippers,
el telescopaje se cierra y la máquina trabaja como un escudo simple.
Terminado el avance se inicia la colocación del revestimiento a la vez que se
avanza, reduciendo el plazo de ejecución, señala Felipe Mendaña en su
publicación sobre el Túnel ferroviario de Guadarrama, el más largo de
España.
En la construcción de túneles, tanto en el extranjero como en Chile, existen
más tendencias novedosas. Por ejemplo, hay innovaciones en ventilación a
través de la implementación de sistemas de monitoreo remoto y soluciones
especiales que permiten manejar el humo en caso de incendio. A esto se
suma el uso de sistemas de gestión de tráfico y avanzados pórticos de peaje,
indispensables en un túnel moderno.
Figura 1.6.6 Componentes principales de un Roadheader.
(ver en tablas horizontales)
Figura 1.6.7 Tunelera de sección parcial (Continuous Miner)
Figura 1.6.8 TBM, Apertura del frente de la cabeza y tipos de herramientas de corte.
(ver en tablas horizontales)
Gráfico 1.7.1. Incidencia del costo de los aceros en el costo total de perforación.
Figura 1.7.1 Máquinas de rectificado y accesorios
Un ciclo correcto para el afilado debe considerar un desgaste máximo
1/3 del diámetro.
Figura 1.7.2 Rodillos versus Copas de Rectificado.
El rectificado tipo rodillo mantiene el perfil hasta el último momento, el de copas distorsiona la forma del botón.
