Tuneladora
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Una tuneladora o T.B.M. (del inglés Tunnel Boring Machine) es una máquina capaz de excavar túneles a sección completa a la vez que colabora en la colocación de un sostenimiento si este es necesario, ya sea provisional o bien definitivo.
La excavación se realiza normalmente mediante una cabeza giratoria equipada con elementos de corte y accionada por motores eléctricos, aun cuando también existen tuneladores menos mecanizadas sin cabeza giratoria. El empuje necesario para adelantar se consigue mediante un sistema de gatos perimetrales que se apoyan o bien en el último anillo colocado de sostenimiento o bien en unos zapatos móviles (denominadas grippers) accionados también por gatos que las empujan contra la pared del túnel, de forma que se obtiene un punto fijo desde donde empujarán los mencionados gatos perimetrales.
Detrás de los equipos de excavación y avance se sitúa el denominado back up de la tuneladora, constituido por una serie de plataformas arrastradas por la propia máquina y que a menudo ruedan sobre unos raíles que la misma tuneladora coloca, donde se alojan todos los equipos transformadores, de ventilación, depósitos de mortero y el sistema de evacuación del material excavado.
Los rendimientos conseguidos con tuneladores de cabeza giratoria son elevadísimos si se comparan con otros métodos de excavación de túneles, pero su uso no es rentable hasta una longitud mínima de túnel a excavar: hace falta amortizar el precio de la máquina y eclipsar el tiempo que se tarda en diseñarla, fabricarla, transportarla y montarla (que puede llegar a los dos años). Además los túneles a excavar con tuneladora tienen que 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.
Se distinguen dos grandes grupos: los topos y los escudos, aun cuando también existen tuneladores mixtas como las que excavan actualmente la línea 9 del metro de Barcelona.
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Topos
Los topos son tuneladoras diseñadas para excavar rocas duras o medianas, sin demasiadas necesidades de sostenimiento.
Escudos
Los escudos son tuneladores diseñadas por excavar rocas blandas o suelos, terrenos que necesitan sistemáticamente la colocación de un sostenimiento. A diferencia de los topos, los escudos cuentan con una carcasa (que da el nombre a este tipo de máquina) metálica exterior que sostiene provisionalmente el terreno desde el frente de avance hasta algo más allá de donde se coloca el sostenimiento definitivo, normalmente consistente en anillos formados por unas 7 dovelas. De este modo, se garantiza en todo momento la estabilidad del túnel. A menudo están preparadas para avanzar bajo el nivel freático.
Si se trata de una tuneladora de cabeza giratoria, suele estar equipada con picas y ganivetes. También dispone de una serie de aperturas frecuentemente regulables por donde el material arrancado pasa a un cuarto desde donde se transporta posteriormente hacia el exterior de la máquina.
Tras este cuarto, se alojan los motores y el lugar de mando de la máquina, espacios completamente protegidos por la carcasa metálica. Seguidamente hay todo el sistema de perforación: primero los cilindros perimetrales (con un recorrido entre 1,20 y 1,50 m). Estos gatos perimetrales se apoyan contra el último anillo colocado de dovelas del revestimiento definitivo del túnel. Cuando finaliza el recorrido de los cilindros de avance, se coloca un nuevo anillo de dovelas (en el interior de la carcasa, que se extiende algo más allá, de forma que el túnel siempre está sostenido) y se empieza un nuevo ciclo de excavación. Una inyección de mortero o grasa es necesaria para llenar el vacío de 7 a 9 cm de grueso entre las dovelas y el terreno excavado.
Se distinguen dos grandes grupos de escudos, de entre los que se distinguen las tipologías que se explicitan a continuación:
- Escudos de frente abierto: se usan cuando el frente del túnel es estable. El sistema de excavación puede ser manual, mediante brazo fresador, con un brazo excavador, o con una cabeza giratoria. En algunos casos, se puede colaborar con la estabilidad del frente una vez acabado cada ciclo con unos paneles a modo de reja. Con este tipo de máquina, si la cabeza no es giratoria, es posible trabajar con secciones no circulares.
- Escudos de frente cerrado: se usan cuando el frente del túnel es marcadamente inestable, por ejemplo en terrenos no cohesivos, saturados de agua, etc. La sección excavada ha de ser circular. tiene varios tipos:
- Escudos con cierre mecánico: la entrada y salida de material en el cuarto de tierras se regula mediante dos puertas de apertura controlada hidráulicamente. La máquina tiene limitaciones con presencia de agua.
- Escudos presurizados con aire comprimido: prácticamente no se usan.
- Escudos de bentonita o hidroescudos: con la inyección de bentonita se consigue estabilizar el terrenos por sus propiedades tixotrópicas y facilitar el transporte de material mediante bombeo.
- Escudos de balance de presión de tierras o EPBs: el material es extraído del cuarto de tierras mediante un tornillo sin fin. Variando la fuerza de empuje de avance y la velocidad de extracción del tornillo, se consigue controlar la presión de balance de las tierras, para qué esta garantice la estabilidad del frente y se minimicen los asentamientos en superficie. Para facilitar la evacuación de productos poco plásticos con tornillos, a menudo se han de inyectar productos químicos por aumentar la plasticidad de los terrenos. Hoy en día, las EPB son la tecnología predominante en cuando a excavación de túneles bajo nivel freático.
