DISEÑO DE TÚNEL

En el diseño del túnel trataremos el tema de las fases de ejecución del proyecto de túnel, desde que se inicia el mismo en la fase de excavación, hasta la última fase de impermeabilización y revestimiento.

A continuación, se definirán aquellos parámetros geotécnicos, que tienen influencia en las condiciones de la excababilidad en un macizo rocoso o suelo, todos ellos son obtenidos a partir de ensayos de laboratorio, con lo que su aplicación va a estar muy condicionada con la calidad de los mismos.

RESISTENCIA Y DUREZA DE LAS ROCAS.

Sin lugar a dudas, la Resistencia a Compresión Simple, es el principal parámetro que determina las condiciones de rozabilidad de un macizo rocoso o masa de suelo.

El ensayo más adecuado y más utilizado, es el Ensayo de Resistencia bajo Carga Puntual, este ensayo consiste en aplicar una carga puntual a una probeta de material de dimensiones normalizadas, hasta la rotura de la misma, y obtener un Índice Is, a partir del que se obtiene la Resistencia a Compresión.

Siendo: P la carga de rotura en kN y D la distancia entre punzones en mm.

Para muestras de testigo de 50mm de diámetro, la expresión de la Resistencia a Compresión viene dada por la siguiente ecuación:

Para probetas cuyo diámetro es distinto a 50mm, existen unos ábacos de corrección.

Este ensayo no ésta indicado para rocas blandas y anisótropas.

Otro ensayo interesante, es el Esclerómetro Shore, mediante este ensayo se mide la dureza de la roca, e indirectamente se obtiene su Resistencia a Compresión, se obtiene el denominado Índice de Dureza Shore (IHS), a partir del que mediante la siguiente relación se obtiene la Resistencia a Compresión.

Muy semejante al anterior, podemos definir el ensayo denominado NBC Cone Indenter, en este caso se obtiene un Índice de Penetración del Punzón (ClNNBC), a partir del que, mediante la siguiente relación, se obtiene la Resistencia a Compresión.

Un ensayo que tiene muchas aplicaciones prácticas, en el campo del arranque de rocas es el denominado, Índice de Protodyakonov, a través del ensayo se obtiene el denominado Índice de

Protodyakonov (fp), también conocido como Coeficiente de Resistencia, de esta manera tenemos que:

DENSIDAD Y FACTORES DE ESPONJAMIENTO.

Este parámetro no tiene tanta influencia en el arranque, la densidad del macizo rocoso o masa de suelo, influirá en el rendimiento de los equipos de excavación, mientras que el denominado Factor de Esponjamiento lo hará en los equipos de carga.

ABRASIVIDAD.

Los ensayos de abrasión, determinan la resistencia al desgaste de la roca. Dichos ensayos incluyen el desgaste cuando la roca esta sometida a un material abrasivo, cuando esta sometida al desgaste en contacto con metales, o cuando esta sometida al desgaste producido por el contacto entre rocas.

La abrasividad se puede medir a partir del índice Schimazek, este índice se expresa como:

Expresión, en la que:F= Coeficiente de abrasividad (N/mm).Q= Contenido en cuarzo equivalente en minerales abrasivos (%).D50= Diámetro medio del cuarzo (cm).RT= Resistencia a tracción (N/mm²).

La observación de minerales y su tamaño se efectúan en láminas delgadas, y se toma el SiO2 como mineral de referencia. Según este índice, la rozabilidad de la roca es la siguiente:

Este Índice, ya nos aporta directamente el grado de rozabilidad.

La abrasividad también es obtenida a partir del ensayo denominado Cerchar, A partir de este ensayo, se obtiene el Índice Cerchar. El ensayo consiste en medir el diámetro, (décimas de mm), de la superficie circular producida por el paso de una aguja en una muestra, dicha huella es dejada

por un cono de acero en la superficie fresca de la roca. La forma de obtener este índice y su relación con las características abrasivas viene dada como:

TENACIDAD.

Este parámetro es importante, pues aporta datos bastante precisos sobre la rozabilidad de un macizo, mide la energía elástica que se necesita para deformar la roca con un útil de corte, tiene pues una importante aplicación, para valorar la excavación de una roca, mediante máquinas de ataque puntual, o minadores.

A partir de este ensayo, se obtiene el Índice de Tenacidad, (TI), que viene dado por la expresión siguiente:

RC es la Resistencia a compresión en MPa y E el Módulo de Young en GPa.

Este índice, la mayor parte de las veces, se expresa como la relación entre la Resistencia a Tracción y la Resistencia a Compresión:

Para valores de TI superiores a 0,11, las rocas son difícilmente rozables, disminuyendo de forma drástica sus rendimientos, y aumentando de manera considerable el consumo de picas y útiles de corte.

TAMAÑO Y FORMA DE LOS BLOQUES.

Es importante determinar el espaciado, las dimensiones de los bloques que conforman la roca, y la orientación de las diaclasas, planos de estratificación, fallas, etc., ya que estos parámetros influyen de una manera muy decisiva, en los métodos de arranque por procedimientos mecánicos.

El factor fundamental, es el denominado Número de Juntas por Metro, Jv, dicho factor, forma parte de la determinación de los índices Geomecánicos Q y RMi, vistos en el tema 1. Se puede obtener a partir del índice RQD obtenido en un sondeo, mediante la siguiente expresión, y a través de él, se obtiene una descripción de los bloques que conforman un macizo.

1. CLASIFICACIÓN DE LOS MACIZOS EN FUNCIÓN DE SU EXCAVABILIDAD.

Una vez vistos los ensayos más característicos, que sirven para obtener los parámetros que definen las condiciones de excavabilidad de un macizo, pasamos a describir los distintos métodos que existen, para clasificar las rocas y suelos, en función de sus propiedades de excavabilidad.

MÉTODO DE ATKINSON.

Atkinson (Universidad de Durham, 1977), propuso unas zonas de aplicación para cada tipo de maquinaria, en función única y exclusivamente de la Resistencia a la Compresión Simple de las rocas, sin considerar las discontinuidades presentes en los macizos rocosos, aspecto que tiene gran influencia en la excavación con equipos mecánicos, ya que en las rocas duras más que un corte de éstas, lo que se realiza es un arranque aprovechando los planos de debilidad estructural o diaclasas abiertas.

MÉTODO DE SCOBLE Y MUFTUOGLU.

Scoble y Muftuoglu (1984), definen el denominado Índice de Excavabilidad (IE), combinando cuatro parámetros geomecánicos: resistencia a la compresión simple, extensión de la meteorización, espaciamiento de juntas y planos de estratificación. Además de clasificar el macizo rocoso, sugiere los equipos a utilizar en el arranque mecánico.

Dicho parámetro viene dado por la siguiente expresión:

Expresión en la que:W= Alteración por meteorización.S= Resistencia a la compresión simple.

J= Separación entre diaclasasB= Potencia de estratos

En el siguiente cuadro, se presenta este sistema de evaluación del Índice de Excavabilidad.

Del análisis de esta Clasificación, se deduce que todos los macizos rocosos con Índices inferiores a 70, podrían arrancarse con equipos medianos, entre 70 y 100 con equipos grandes, y los de índices mayores a 100 solo con voladuras.

MÉTODO DE HADJIGEORGIOU Y SCOBLE.

Estos autores, proponen un nuevo sistema de clasificación empírica para evaluar la facilidad de excavación de los macizos rocosos, combinando los valores de cuatro parámetros geomecánicos: Resistencia Bajo Carga Puntual, Tamaño de Bloque, Alteración y Disposición Estructural Relativa. En el siguiente cuadro, se presentan las valoraciones que se adjudican a cada uno de los parámetros.

Fuente: HADJIGEORGIOU Y SCOBLE. (1988).

El Índice de Excavabilidad (IE) se define mediante la expresión:

Expresión en la que:Is = Índice de resistencia bajo carga puntualBs = Índice de tamaño de bloqueW = Índice de alteraciónJs = Índice de disposición estructural relativa

La resistencia y el tamaño de bloque, son dos de los parámetros más importantes, que condicionan la propagación de la rotura a través del material, y por consiguiente determinan la facilidad de excavación. Estos dos parámetros configuran el núcleo, o la estructura básica del sistema de clasificación.

En algunos casos, la mayor alteración o meteorización de los materiales rocosos, puede ayudar a hacer una excavación más fácil, razón por la cual aparecen en la expresión anterior.

De igual manera, la disposición espacial de la estructura rocosa, con respecto a las direcciones y sentidos de los elementos de arranque, juega un papel significativo que llega a afectar a la excavabilidad de los macizos, y es por ello que también interviene en el sistema de evaluación.Según los valores que resulten del Índice de Excavabilidad, los macizos rocosos se clasifican en cinco categorías, tal y como se índica en la siguiente tabla:

MÉTODO DE SINGH

Este método define el denominado Índice de Ripabilidad, IR, los parámetros geotécnicos que influyen en la determinación del mismo son, el espaciamiento ente las discontinuidades, Resistencia a Tracción, Grado de Meteorización y el Grado de Abrasividad.

En la siguiente tabla, se acompaña la caracterización de los macizos rocosos en función del mencionado Índice, el método divide a los macizos en cinco clases, a cada uno de los cuatro parámetros se les da una valoración, y en función de los resultados obtenidos, se le asigna una valoración general, en función de la cual tenemos macizos fácilmente ripables (<22), moderadamente ripables (22-44), difícilmente ripables (44-66), ripabilidad marginal (66-88), y fragmentación con voladuras (>88).

MÉTODO DE FRANKLIN

Este método clasifica los macizos rocosos en función de dos parámetros:

- El Índice de Resistencia Bajo Carga Puntual (Is)- El Índice de Espaciamiento entre fracturas (If).

En la gráfica siguiente se presenta la clasificación denominada Resistencia- Tamaño propuesta por Franklin, relacionando otros parámetros geotécnicos, como el RQD, número Schmidt. Se consideran cuatro zonas, en cada una de las cuales se define el método de arranque más adecuado.

Esta clasificación hoy en día no es muy aplicable, pues las excavadoras de tipo mecánico han evolucionado, y desplazarían claramente la curva correspondiente del arranque directo.

MÉTODO DE ROMANA.

Romana propuso en el año 1993, una clasificación de los macizos rocosos en función de la Resistencia a Compresión Simple y el parámetro RQD., en el ábaco propuesto se representan 7 regiones de aplicación de los distintos métodos de excavación. Hemos de tener en cuenta, que esta clasificación es meramente indicativa.

VELOCIDAD SISMICA Y ARRANQUE DE ROCAS.

Sin lugar a dudas, en el arranque de rocas, un parámetro muy significativo, y hoy en día considerado en todos los proyectos, es el de la Velocidad Sísmica o celeridad de las ondas de compresión al recorrer el macizo rocoso. La velocidad sísmica de las rocas, es una característica intrínseca de las mismas, que las clasifica bastante significativamente en cuanto a su dureza y a su Resistencia a Compresión. Los estudios sísmicos, clasifican a los macizos rocosos en función de su ripabilidad o volabilidad. Aunque, si bien es un parámetro muy significativo, no puede ni debe ser tenido en cuenta de forma aíslada como “factor único”, sino visto en conjunto con otros factores y parámetros del macizo rocoso a considerar.

Su significado físico es la velocidad con que se transmiten las ondas sísmicas a través del material estudiado. Está relacionado directamente, con el comportamiento mecánico de la roca, en concreto con su módulo de elasticidad. Así, cuanto más dura es una roca, mayor es su módulo de elasticidad, y mayor su velocidad sísmica. La dureza de una roca, puede venir dada por su litología, o por su grado de alteración.

Para la medición de la velocidad sísmica del terreno, se emplean fundamentalmente dos métodos: el método de reflexión, que se emplea para definir grandes estructuras a distancias kilométricas, y el método de refracción, que se emplea para definir estructuras en rangos de distancias de centenares, o decenas de metros.

En función de la velocidad sísmica de un macizo rocoso, en la siguiente tabla se presentan el grado de ripabilidad o volabilidad del mismo.

En la siguiente figura se representa un perfil sísmico, en el que se identifican cuatro tipos de materiales, y a los que en función de la velocidad de las ondas, se les asigna un determinado grado de ripabilidad, o volabilidad.

En la siguiente figura, se acompaña un perfil sísmico en el que en función de la velocidad sísmica, se caracterizan los distintos terrenos identificados.

PERFORABILIDAD DE LAS ROCAS.

Otro tipo de ensayo, útil para la determinación de la rozabilidad de un macizo, es el denominado D.R.I. (Drilling Rate Index), que fue desarrollado en el año 1.979 en la Universidad de Tronheim (Noruega).

Este ensayo, determina una medida relativa de la velocidad de perforación, se determina a partir de dos ensayos:

- Ensayo de Friabilidad, a partir del que determinamos el parámetro S20.- Ensayo de Perforación, a partir del que determinamos el parámetro SJ.

El Índice de Perforabilidad, D.R.I, se obtiene a partir de ambos parámetros como entrada en el ábaco, que a continuación se presenta:

En la siguiente figura se representa la Dureza de Perforación (D.R.I) de algunas rocas:

En la siguiente figura, se representa la relación ente el parámetro D.R.I. y la Resistencia a Compresión Simple, para diversos tipos de rocas.

2. CLASIFICACIÓN DE LOS MÉTODOS DE EXCAVACIÓN

Existen numerosos métodos y sistemas de excavación, aunque muchos d ellos, son modificaciones mínimas de alguno existente, es por ello, que describiremos los principales sistemas de excavación que hoy e día existen.

Para ello, dividiremos los sistemas de excavación de acuerdo con el siguiente esquema:

2.1. EXCAVACIÓN EN TERRENOS BLANDOS.

Lo primero que hemos de tener en cuenta, es que los túneles excavados en terrenos blandos, no tienen nada que ver con aquellos túneles ejecutados en rocas, ya que los problemas y la tecnología a utilizar, son totalmente distintos.

Los túneles en terrenos blandos o suelos, tienen un importante problema, que es el de la subsidencia, es decir, asentamientos superficiales, y debido a que la mayoría de los túneles en suelos son realizados en núcleos urbanos, pues las ciudades se asientan en zonas de valles y próximas a cursos de agua, a este problema se añade otro, y es el de una rigidez importante en su trazado, debido a la presencia de edificaciones, e instalaciones subterráneas de agua, gas, teléfono, etc.

En el esquema anterior hemos considerado dos sistemas, o métodos de excavación de túneles en terrenos blandos o suelos, túnel en mina y falso túnel. El túnel en mina será realizado con métodos mineros de excavación, sin afectar a la superficie, y condicionado por los terrenos encajantes, mientras que en los falsos túneles, lo que se hace en primer lugar es un vaciado del terreno, para una vez alcanzada la cota definitiva, disponer en su interior lo que será túnel, y cuando se ha ejecutado el mismo, volver a restituir el terreno a su topografía primitiva. En este último caso, las prácticas de ejecución y de cálculo, no tienen nada que ver con las excavaciones de tipo subterráneo.

MÉTODO TRADICIONAL.

En la siguiente figura, se representan todas las fases constructivas de este método de excavación.

Fase de Ejecución de la Bóveda.

En esta primera fase, se realiza en la calota del túnel una galería de avance de dimensiones reducidas, en torno al metro de ancho, situada en el eje del túnel, se entiba con madera apoyada en el terreno excavado a medida que va avanzando la galería. Cuando se ha completado el pase, es decir, el avance previsto, que no excede de los 2m., se disponen cerchas de perfil TH separadas 1m., y sobre las que se apoyan las tablas de madera. Las cerchas van apoyadas en pies derechos de madera, para evitar que “balseen”, es decir, que se hundan en el terreno. Por otra parte, para arriostrar las cerchas en el sentido longitudinal se disponen unos perfiles generalmente en U, denominados tresillones.

Una vez completada la longitud de pase, se ensancha la galería de avance hacia ambos hastiales, dicho ensanche se lleva a cabo mediante pases sucesivos hasta alcanzar las paredes. La entibación se lleva a cabo igual que en la galería piloto, y se utilizan también cerchas TH. De esta forma, la sección se va dividiendo y sosteniendo progresivamente.

Una vez completada la fase de excavación, se lleva a cabo el hormigonado de la bóveda, en ocasiones se recurre a carros de encofrado.

El método de excavación, es totalmente manual, utilizándose martillo picador para las labores de arranque, para la evacuación del material, se utilizan cintas transportadoras hasta tolva o camión.

En la siguiente figura, se acompaña una sección transversal tipo de la galería piloto.

Fase de Ejecución de la Destroza Central.

Una vez hormigonada la bóveda, se inician los trabajos de excavación de la destroza central, decalada entre 10 y 15m respecto a los trabajos de excavación de la bóveda. A ambos hastiales, se deja un machón de entre 1 y 1,5m con el objeto de no descalzar la sección de avance.

Como la sección transversal ya tiene unas dimensiones aceptables, los trabajos de arranque se llevan a cabo mediante pequeñas máquinas excavadoras, mientras que el material es extraído del frente mediante cintas transportadoras.

En la siguiente fotografía se ve una máquina excavando la sección central.

Fase de Ejecución de las Destrozas Laterales.

Una vez completado el pase de la destroza central, se procede a excavar los machones laterales, dicha excavación se lleva a cabo al tresbolillo, con el objeto de que la sección de avance no quede totalmente descalzada.

Antes de llevar a cabo la excavación del batache opuesto, se debe de proceder al hormigonado del hastial, para dicho trabajo se utilizan encofrados metálicos. Esta fase, como ocurre en todos los túneles que se excavan a sección partida, es sin duda alguna la más comprometida, y en la que el nivel de control debe ser más intenso.

Fase de Ejecución de la Solera y Contrabóveda.

Es la última fase, la excavación de la solera o de la contrabóveda, se lleva a cabo mediante máquinas retroexcavadoras en longitudes de 15-20m si el terreno lo permite. Se suelen utilizar plantillas, para conseguir la forma convexa de la sección, y se puede hacer a sección completa o por mitades.

Las principales ventajas de este método, son una reducida inversión inicial en maquinaria e instalaciones, el control de la estabilidad del frente es alto, al llevar la sección partida y reducida, se controlan de una manera efectiva los asientos y se adapta a cualquier tipo de terrenos blandos.

Como principal desventaja, es que el método al ser manual, requiere personal altamente cualificado, y con elevada experiencia en este tipo de obras.

MÉTODO ALEMÁN.

Este método de excavación es muy similar al anterior. También se divide en secciones más pequeñas la sección transversal total.

En la siguiente figura se representa las fases de las que consta dicho sistema.

El sistema de entibación, es a base de cerchas metálicas y piezas de madera, al igual que el sistema anterior, básicamente se utilizan medios humanos para las labores de avance.

Las fases en las que se divide el método son las siguientes:

Fase de Excavación de galerías laterales en calota.

Se excavan, y van sosteniendo unas galerías de dimensiones similares a la piloto descrita anteriormente, dispuestas en los hastiales de la calota.

Fase de Excavación de galerías laterales en destroza.

En la siguiente fase, se van excavando y sosteniendo la parte inferior de éstas galerías.

En esta foto, se observa en la parte superior ya excavada y sostenida la galería piloto de la calota, y la fase de excavación de la galería inferior.

Fase de Excavación de galería piloto en calota.

En ocasiones, al igual que en el método tradicional, se excava una galería piloto en la calota del túnel, y en el eje del mismo, cuyas dimensiones y proceso de ejecución es similar al método anterior.

En la siguiente figura se representa una sección tipo:

Fase de Excavación de la bóveda.

En ésta fase, se excavan las denominadas costillas, uniendo mediante galerías transversales, las galerías laterales y la del eje de la calota, si existe. El sentido de avance de la excavación y el sostenimiento son ascendentes, tal y como se muestra en la figura siguiente:

Una vez excavadas y sostenidas estas costillas, se procede al hormigonado de las mismas, junto con el de la galería de la calota, para ello se utilizan encofrados metálicos. A veces, es necesario proceder a inyecciones de lechada o de mortero con el objeto de estabilizar el macizo circundante.

En esta foto se observan ya excavadas y sostenidas las costillas, posteriormente se procederá al hormigonado de la sección.

Fase de Excavación de la Caverna.

En esta fase, mediante maquinaria adecuada, se procede al vaciado del terreno hasta la cota inferior de las galerías de los hastiales.

En esta foto se puede ver como las secciones más cercanas, ya están excavadas a cota inferior de las galerías de los hastiales, mientras que hacia más PK, se está vaciando el terreno dejando un machón central.

Fase de Excavación y Hormigonado de la Contrabóveda.

Es la última fase, en la que se excava por bataches la contrabóveda, de sección convexa.

En esta foto se observa que se ha excavado la parte central de la contrabóveda, para luego excavar al tresbolillo los hastiales.

En la última fase, una vez excavada la contrabóveda, tras el hormigón de limpieza y colocación del mallazo, se procede a la utilización de un encofrado metálico para dar forma convexa a la misma.

Cómo ventajas más importantes de este método, se pueden citar las siguientes:

- Permite la realización de túneles de gran tamaño, incluso en suelos de poca competencia y con presencia de agua.- Reduce las subsidencias al apoyarse la bóveda contra los hastiales ya hormigonados.- Se utiliza normalmente para secciones elevadas, como pueden ser estaciones, e intercambiadores.

Cómo principales inconvenientes del método se pueden citar los siguientes:

- Es un método lento y costoso,- Debe mantenerse abierta, la parte superior de la galería de hastiales durante todo el proceso

de realización de las costillas, lo que en caso de existencia de suelos poco cohesivos y con presencia de agua, es un riesgo que puede llegar a producir chimeneas.

Los sistemas de extracción del material del frente de trabajo, son los mismos que en el Método Tradicional.

En muchas obras, se utilizan métodos combinados, que reúnen características del Método Tradicional y del Alemán.

MÉTODO DEL PRECORTE MECÁNICO.

Este método de excavación, a diferencia de los vistos hasta el momento, es utilizado a sección completa, se caracteriza por una serie de fases patentadas.

En ésta foto, se observa la máquina de precorte en labores de avance, en la que se está replanteando el perfil a rozar.

Este método de excavación, es utilizado fundamentalmente en suelos y rocas blandas en entornos urbanos, pero también se ha llegado a utilizar en rocas duras, en este caso con este sistema, lo que se hizo fue una roza perimetral, con el objeto de reducir el nivel de vibraciones producidas por el explosivo, cumpliendo la misma función que el precorte con explosivos.

En las fotos siguientes, se puede ver una máquina de precorte entrando en el túnel, y otra trabajando en el frente.

Las fases operativas, en las que se divide el método se detallan a continuación:

Fase de Formación del Sostenimiento.

El equipo de precorte consiste básicamente en un bastidor muy robusto, dotado de un equipo de traslación en sentido longitudinal, accionado mediante gatos hidráulicos.

El dispositivo de corte, esta montado sobre este bastidor, es un equipo de corte de cadena, que produce un corte perimetral en la sección a excavar, de entre 20 y 30cm de espesor, y con un avance de unos 3m.

Para evitar derrumbes y desplomes del macizo, se va ejecutando ésta roza perimetral por bataches, y se va rellenando sucesivamente con hormigón de alta resistencia.

Fase de Excavación de la sección interior.

Cuando se ha completado la fase anterior, se lleva a cabo el vaciado del terreno interior mediante medios mecánicos, normalmente se efectúa este arranque dejando un machón central, cuya función es estabilizar el frente, a veces es necesario utilizar bulones de fibra de vidrio en el frente, y cerchas metálicas para ir asegurando la excavación.

Fase de Formación de Muretes laterales y Contrabóveda.

Por detrás del frente, a una distancia de unos 40-50m, se van ejecutando los muretes laterales que empotran la base de los anillos hormigonados. Estos anillos, sirven de guía al carro de encofrado, excavando y hormigonando la contrabóveda en tramos de 5m.

Fase de Hormigonado definitivo.

Es la última fase, mediante un carro de encofrado convencional, se va hormigonando la sección definitiva.

Las principales ventajas del método Premill, o de Precorte, son las siguientes:

- Es un Método constructivo que produce unas limitadas subsidencias.- No es necesario personal altamente cualificado.- Se produce un buen acabado superficial, lo que redunda en excesos muy controlados del

hormigón de revestimiento.

Como inconvenientes más resaltados, podemos citar los siguientes:

-Para asegurar la estabilidad del frente, es necesario llevar a cabo continuos drenajes del mismo.

- Únicamente se dispone de un frente de ataque, con lo que cualquier problema paraliza todos los trabajos en el avance.

ESCUDOS.

Cuando los túneles han de transcurrir por terrenos blandos, y con presencia de niveles freáticos, se han de utilizar escudos presurizados, los cuales garantizan la estabilidad de los terrenos excavados, e impiden la entrada de agua al interior del túnel. En los primeros escudos, esta presurización se consiguió a través del aire comprimido, hoy en día esta tecnología ha sido descartada, debido a la limitación legislativa en trabajos con aire comprimido, y a unas pésimas condiciones de trabajo.

En los escudos actuales, la presurización se consigue mediante la inyección de lodos bentoníticos en el frente.

Se basan en el concepto de una cámara de aire, que mantiene constante la presión en el frente.

En la siguiente figura se presenta un esquema de este tipo de máquinas.

Como ventajas más importantes, se pueden citar los siguientes:

- Es un Método constructivo con buenos rendimientos, y alto grado de mecanización.- Proporciona un nivel de seguridad sobre el operario importante.- Reducen los tratamientos en el frente, así como los problemas derivados del agua, asegurando

la estabilidad del frente de avance.- Es un Método constructivo que produce unas limitadas subsidencias.

El principal inconveniente es la inversión requerida, y la dificultad física de la introducción de la máquina en los frentes de trabajo, como consecuencia de su tamaño.

En la siguiente foto se presenta una escudo, se puede observar el cilindro que va detrás de la cabeza de corte, y los cilindros de empuje.

FALSOS TÚNELES.

Es un método que realmente no tiene nada que ver con una excavación subterránea.

En el falso túnel, lo que se hace es un vaciado del terreno, generalmente por bataches, que en ocasiones es necesario ir sosteniendo los taludes, y al alcanzar la cota final de excavación, se ejecutarán unas cimentaciones y unos muretes guía para el desplazamiento del carro de encofrado. Dicho carro, generalmente es el mismo que se utiliza para el revestimiento del túnel en mina, con la única diferencia que tiene un encofrado exterior.

La sección más problemática, es la unión entre el falso túnel y el túnel en mina, donde suelen darse problemas de agua, que hay que solventar con una impermeabilización especial.

Una vez ejecutado el falso túnel, se procede al relleno por tongadas del trasdós del mismo, hasta alcanzar la topografía inicial, y quedar restituido el terreno.

En otras ocasiones, en materiales muy blandos, o cuando hay presencia cercada de edificios, previamente al vaciado por medios mecánicos, se ejecuta una pantalla de pilotes, o de micropilotes perimetral.

2.2. EXCAVACIÓN CON MÁQUINAS DE ATAQUE PUNTUAL.

Las máquinas de ataque puntual, también llamadas rozadoras o minadores, son utilizadas para la excavación de rocas duras, aunque inicialmente surgieron para excavar macizos de carbón. Su enorme versatilidad, flexibilidad y maniobrabilidad, así como menores costes de capital y facilidad para adaptarse a distintas condiciones de trabajo, hizo que hoy en día, sea uno de los métodos de excavación en túneles y obras subterráneas, más utilizado.

En general, los minadores tienen un diseño modular, debido a que en la mayoría de los casos, su montaje y desmontaje ha de realizarse en espacios muy reducidos.

Constan principalmente de las siguientes partes o módulos:

- Brazo o reductor de roza.- Mecanismos de giro.- Dispositivo de carga.- Transportador de cadena.- Mecanismo de traslación por orugas.- Bastidor.- Equipo eléctrico.- Equipo hidráulico.

Cuando la máquina deba de desmontarse para reparaciones, o para desplazarse al lugar de la obra, las partes anteriormente descritas, representarán las unidades principales de transporte.

En la siguiente foto, se representan las principales partes de una máquina rozadora, en este caso es un minador Alpine Miner modelo 50, un minador de potencia media, utilizado para secciones de 20-30m2

2.2.1.BRAZO Y REDUCTOR DE ROZA.

El brazo rozador, se compone del motor de roza, y del reductor de roza acoplado a las cabezas de roza.

Es la parte más robusta de la máquina, la que va a realizar la operación fundamental, como es el arranque del material.

El motor de roza, de potencia que va desde los 50-60KW en minadores pequeños, hasta potencias en torno a los 300KW, en los minadores más robustos, es de accionamiento eléctrico, refrigerado por agua.

El reductor de roza está constituido por una serie de engranajes de ruedas cónicas, realizándose la transmisión de fuerza motor-reductor a través de acoplamiento de tipo elástico.

Las cabezas de roza, también denominadas piñas, están fijadas al reductor de roza, generalmente mediante juegos tensores. Existen, independientemente de la potencia de la máquina, varias versiones de las cabezas de roza, de tal manera que existen piñas para rocas de alta resistencia como pizarras y calizas, para rocas de resistencia media, como margas, yesos, etc., y para rocas blandas como rocas salinas y arcillas.

El parámetro que distingue un tipo de otro, son los útiles de corte o picas, así existen varios modelos, que se reflejan a continuación:

Existen estudios teóricos, que tratan del mecanismo de corte sobre la roca, en función de tipo de útil que se utiliza para ello.

Existen dos sistemas distintos de corte en las rozadoras actuales, el ripping de cabezal frontal y el milling de cabezal radial. En el sistema ripping la cabeza gira en torno a un eje que es perpendicular al eje del túnel, tratándose en realidad de dos cabezas simétricas. Las picas golpean frontalmente a la

roca. En el sistema milling la cabeza gira en torno a un eje longitudinal, paralelo al eje del túnel. Las picas van dispuestas en forma helicoidal y golpean a la roca de forma lateral. Ambos sistemas proporcionan resultados similares, por lo que no se puede considerar que uno sea mejor que el otro, si bien a igualdad de potencia de la cabeza de corte y para una roca de dureza determinada, el rendimiento de excavación de las rozadoras de cabezal frontal es un 30% superior al de las rozadoras con cabezal radial.

La forma de trabajo en el frente, varía en función del sistema de rozado que utiliza la máquina.

Detalle cabeza de roza sin picas.

2.2.2. MECANISMO DE GIRO.

La función del mecanismo de giro, también denominado mesa giratoria, es la de originar movimientos del brazo rozador, y unir las piezas principales del minador. Todos los movimientos de este mecanismo, se realizan gracias a unos robustos cilindros de eje horizontal y vertical.

2.2.3. DISPOSITIVO DE CARGA.

Su función es la de evacuar el material rozado del frente, se realiza mediante dos reductores acoplados al transportador blindado, tienen una configuración en forma de patas de cangrejo, de ahí que se denominen comúnmente como cangrejos, aunque existen en el mercado minadores, con otras geometrías de su dispositivos de carga, como pueden ser ruedas recolectoras, cargador de racletas o discos giratorios.

En la siguiente foto, se presenta un dispositivo de carga en forma de rueda colectora, se puede observar la rampa robusta y el transportador blindado.

En esta foto, el dispositivo de carga es en forma de patas de cangrejo.