Ingeniería de túneles: métodos de excavación, maquinaria y ventilación

Principios y Métodos en la Ingeniería de Túneles

Métodos Tradicionales de Excavación

• El método tradicional que inicia la excavación con una galería situada en la zona central inferior es el Método Austriaco.
• El Nuevo Método Austriaco (NATM) aplica un revestimiento delgado semirrígido, colocado inmediatamente antes de que la roca se vea afectada por la descompresión.

Método Bernold para Revestimientos

• Las chapas metálicas curvadas del método Bernold tienen un espesor de 2-3 mm y una superficie de 1000 mm x 1000 mm.
• La principal diferencia del encofrado del revestimiento definitivo del túnel utilizando el método Bernold (chapa metálica cuadrada de aproximadamente 1 m²) respecto al del Nuevo Método Austriaco estándar, cuando el hormigonado es in situ, es que el encofrado Bernold es un encofrado perdido.

Maquinaria de Excavación: Rozadoras

• El término 'milling' forma parte del equipo de una rozadora.
• El valor límite de la resistencia a compresión de la roca para considerar que no es técnicamente rozable, utilizando el 'jet hidráulico', es de 1200 kp/cm² o 120 MPa.
• Los cinco elementos principales de una rozadora son:
  1. Cabezal giratorio
  2. Brazo articulado
  3. Mesa recolectora (utilizada para la recogida del terreno excavado)
  4. Sistema de desescombro
  5. Equipo de traslación
• Las cuatro partes que componen una pica tangencial de una rozadora son: Portapicas, vástago cilíndrico, matriz y punta.

Maquinaria de Excavación: Tuneladoras (TBM)

• El útil de corte que montan las tuneladoras para perforar rocas muy duras son los rodillos de botones.
• Las tuneladoras se apoyan sobre codales mientras excavan la roca. Para desplazar su cuerpo y prepararse para el siguiente ciclo de excavación, se apoyan sobre soportes (cilindros hidráulicos).
• Un parámetro que no afecta a la utilización de la tuneladora es una pendiente del 60%.
• El útil de corte de las tuneladoras utilizado sobre rocas medias son los cortadores de disco.
• Dentro de los condicionantes de uso de las tuneladoras, el valor límite de la abrasividad (F) de la roca es F < 2.7 kp/cm².
• El rendimiento de la excavación de una tuneladora con cabeza perforadora depende de múltiples factores.

Escudos de Frente Cerrado y Abierto

• Los escudos de frente cerrado pueden presurizarse con agua/lodos, aire o tierras para compensar las presiones del frente de excavación.
• El escudo presurizado más adaptado para suelos cohesivos es el de frente cerrado con presión de lodos o aire.
• Para que un escudo pueda avanzar mediante gatos hidráulicos, estos se apoyan en la parte trasera, hincando a presión en el terreno de la parte delantera del escudo.
• Cuatro elementos de corte utilizados en la excavación de un túnel mediante escudos de frente abierto son: Ripper o cuchara, martillo de impacto, cabeza rozadora y cabeza rotary.
• Las características básicas de la granulometría del terreno para poder utilizar un escudo a presión de aire son: suelos blandos e inestables en los que el colapso del terreno puede ser más inmediato a la excavación.

Fases y Medición en la Construcción de Túneles

• Las tres operaciones (fases) principales de la construcción de un túnel son:
  1. Excavación y desescombro.
  2. Entibación o sostenimiento provisional.
  3. Recubrimiento.
• Las cuatro fases del Nuevo Método Austriaco (NATM) son:
  1. Excavación.
  2. Entibación provisional.
  3. Medición de convergencias y deformaciones.
  4. Refuerzo del entibado provisional y/o recubrimiento definitivo.
• Métodos utilizados para la medición de convergencias y deformaciones en el Nuevo Método Austriaco incluyen: células de presión, extensómetros y medidas topográficas.

Sistemas de Ventilación de Túneles

• Los tres sistemas de aireación/ventilación de un túnel son:
  1. Por impulsión.
  2. Por aspiración.
  3. Combinación de ambos.