Cap. IV Diseño y Excavación de Tuneles
118
TÚNELES Y MOVIMIENTOS DE TIERRA Dr. Ing. WILSON G. SANCARRANCO CORDOVA “FACULTAD DE INGENIERÍA DE MINAS” “UNIVERSIDAD NACIONAL DE PIURA” ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA DE MINAS”
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TÚNELES Y MOVIMIENTOS DE
TIERRA
Dr. Ing. WILSON G. SANCARRANCO
CORDOVA
“FACULTAD DE INGENIERÍA DE MINAS”
“UNIVERSIDAD NACIONAL DE PIURA”
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA DE MINAS”
CAPÍTULO IV
DISEÑO Y EXCAVACIÓN
DE TÚNELES
Dr. Ing. WILSON G. SANCARRANCO C.
MÉTODOS DE EXCAVACIÓN DE
TÚNELESLA EJECUCIÓN DE TÚNELES EN SUELOS, USA SISTEMAS
COMO:
• a.- Escudos
• b.- Precorte mecánico
• c.- Prebóveda de jet grouting
• d.- Congelación
• e.- Hormigón proyectado de forma similar a los túneles en
roca
LOS MÉTODOS DE EXCAVACIÓN EN TÚNELES EN ROCA
SON:
• a.- Perforación y voladura mediante explosivos
• b.- Excavación mecánica mediante tuneladoras o topos
(TBM) y las máquinas de ataque puntual (rozdoras o martillos
de impacto).
EL MÉTODO DE PERFORACIÓN Y
VOLADURA
o Es el más
utilizado para
túneles en roca.
o Es aplicado
cuando la roca es
muy abrasiva, y
muy resistente o
se encuentra en
estado masivo.
CICLO DE TRABAJO DE ESTE
SISTEMA:
• a.- Replanteo en el frente del
• esquema de tiro
• b.- Perforación de los taladros
• c.- Carga de los taladros con
• explosivo (barrenos)
• d.- Voladura y ventilación
• e.- Retirada del escombro y saneo
• del frente, bóveda y hastíales.
TABLA Nº13:
Velocidad de propagación de las ondas
sísmicas en la superficie del suelo o a poca
profundidad.
TABLA Nº14:
Velocidad de propagación de las ondas
sísmicas (otra referencia).
LAS ZONAS EN UN
ESQUEMA DE TIRO,
TIENEN DENSIDADES DE
PERFORACIÓN Y CARGA
ESPECÍFICA DIFERENTE.
ESTAS ZONAS SON:
a.- Cuele (Zona A)
b.- Contra-cuele (Zona AA)
c.- Destroza (Zona B)
d.- Zapateras (Zona C)
e.- Contorno (Zona D)
En la fig. se muestra la
ubicación de estas zonas
CUELE:Área del frente que se
dispara primero creando una
abertura que permite ofrecer
superficies libres, facilitando
el arranque de la roca al
volar los siguientes sectores
del frente. Es la fase más
importante de todas las fases
de la voladura.
DESTROZA:Es la parte central más
amplia de la voladura, cuya
eficacia depende del éxito de
la zona del cuele y
contracuele.
ZAPATERAS:•Zona de la voladura situada en la
base del frente, a ras del suelo.
•Se perforan un poco abiertos hacia
fuera con el objeto de dejar espacio
suficiente para la perforación del
siguiente avance.
Caras libres que
deja el cuele
CONTORNO:TALADROS PERIMETRALES:
Definen la forma perimetral
de la excavación.
Las irregularidades de las
rocas y las discontinuidades
dificulta lograr la forma de la
sección del proyecto.
Son los más cargados, de manera que
rompan la roca y la levanten hacia arriba.
Van ligeramente inclinados hacia abajo (para
evitar sobre bordes).
Son disparados en último lugar.
LA FIG. MUESTRA UNA HOJA RESUMEN CON LOS DATOS DE UNA VOLADURA
EN UN FRENTE DE TÚNEL.
(Los esquemas indicados se refieren al avance o primera fase
constructiva del túnel.)
Los taladros de un
esquema de tiro se
disparan con cierto
desfase
(microretardo o
retardo) entre ellos,
con el objeto de
hacer más efectiva
la voladura.
En la fig. aparece
junto a cada taladro
un número que
indica el orden
EN FUNCIÓN DEL ORDEN DE DISPARO, SE DISTINGUEN
CUATRO ZONAS, Y CADA UNA TIENE
UN TRATAMIENTO DIFERENTE.
Destroza
Destroza
Posibilidad
de perforar
el frente
con taladros
Horizontales
y con taladros verticales (similar a
voladuras en banco y en exterior.
ESQUEMA DE TIRO DE DESTROZA
ESQUEMA DE TIRO DE DESTROZA
Destroza
Destroza
La voladura
de la destroza
con barrenos
horizontales,
tiene la ventaja
que se utiliza la
misma
maquinaria y
sistema de
trabajo que
para la fase de
avance, y
además
puede
recortarse con
la voladura
La voladura en banco es más rápida de llevarse a
cabo pero necesita un recorte posterior para
conseguir el perfil del túnel en los hastíales.
FASE I
FASE II
Los taladros deben tener
una longitud de un 5 a 10%
superior a la distancia que
se quiere avanzar con la
pega, ya que siempre se
producen pérdidas que
impiden aprovechar al
máximo la longitud de los
taladros.
CALIDAD MEDIA-
BUENA
3 a 3.50 metros para
avanzar entre 2.80 m y
3.20 metros en cada
voladura.
LAS LONGITUDES DE AVANCE
TÍPICAS:
Entre 1 y 4 metros, dependiendo
de la calidad de la roca.
LOS GRÁFICOS
SIGUIENTES
(OBTENIDOS DE LA
EXPERIENCIA),
PERMITEN
ESTIMAR APROX.
EL NÚMERO
DE TALADROS Y EL
CONSUMO
DE EXPLOSIVOS
NECESARIOS
EN FUNCIÓN DE LA
SECCIÓN
DE EXCAVACIÓN,
LONGITUD DE
AVANCE Y LA
CALIDAD DE LA
ROCA.
CUELES USUALES
TÉCNICAS PARA EFECTUAR LOS TIROS PERIMETRALES
Técnica de precorte
Técnica del recorte:
Es la de mayor uso
Son los últimos en
detonar
Son los últimos en detonar
Taladros paralelos al
eje del túnel en el
contorno, con
distancias entre 45 y
100 cm.
PERFORACIÓN DE LOS
TALADROS
SE PUEDE HACER MEDIANTE DOS
PROCEDIMIENTOS:
1.- Martillos manuales accionados por
aire comprimido
2.- Martillos hidráulicos montados sobre
una máquina denominada Jumbo
PERFORACIÓN DE LOS TALADROS
Esquema de un martillo manual
de aire comprimido
Funcionan a percusión, es
decir el barrena golpea contra
la roca y gira de forma
discontinua entre cada
percusión, separándose del
fondo del taladro.
SE USAN EN TÚNELES MUY PEQUEÑOS O DE FORMA ACCIDENTAL, LOS RENDIMIENTOS SON
INFERIORES AL DE LOS JUMBOS Y REQUIEREN MUCHA MANO DE OBRA.
EXCAVACIÓN MEDIANTE MARTILLO HIDRAÚLICO Y SOSTENIMIENTOS CON
CERCHAS Y CHAPA BERNOLD.
JUMBOS
Los martillos funcionan a roto -
percusión:
barrena gira
continuamente y ejercen
simultáneamente un
impacto sobre el fondo del taladro.
El arrastre de detritus
se consigue
igualmente con el
agua que se inyecta.
Los rendimientos
pueden superar
los 3.5 m/min.
El
accionamiento
es hidráulico:
Potencias
mucho más
elevadas que
con el sistema
neumático.
Roto-
percusión
JUMBO DE PERFORACIÓN ENTRANDO EN EL TÚNEL.
-Sistemas eléctricos para controlar la dirección de los taladros.
-Sistemas para controlar el impacto y la velocidad de rotación de los martillos.
-Sistemas para memorizar el esquema de tiro y perforar todos los taladros
automáticamente.
-Un solo maquinista puede perforar una pega en unas pocas horas.
Los jumbos
actuales
tienen:
PERFORACIÓN DEL FRENTE DE VOLADURA EN LA AMPLIACIÓN DE LA LÍNEA 3 DEL
METRO DE BARCELONA EN 2005.
o El Rocket Boomer de Atlas Copco es uno de los
utilizados para perforar el frente de voladura
realizando los barrenos que son indicados en el
diseño de voladura.
o Es muy versátil, lo que le permite adaptarse a todo
tipo de secciones de túneles, incluso en
circunstancias geológicas cambiantes.
o Puede conectarse en tiempo real con la oficina
técnica desde la que se dirige el proyecto e
intercambiar datos que le permitan automatizar de
modo inmediato los procesos de replanteo y
perforación, e incorporar los datos del “Measure
While Drilling,” sistema con el que el Boomer
incorpora los resultados del análisis de la
perforación de la roca en tiempo real.
ROCKET BOOMER
JUMBO CAT – PERUMIN 2011- AREQUIPA
LIMPIEZA DEL FRENTEo Se desescombra la roca fragmentada resultante de la voladura y
se sanea el frente.
Secuencia de
excavación y
sostenimiento
en avance por
perforación y
voladura
El Jumbo perforador
realizando los barrenos en
los que se introducirán los
Swellex, los bulones, que
se adaptarán al contorno
ejerciendo presión
transversal y ofreciendo
resistencia a tracción,
garantizando así el
sostenimiento del terreno.
El Jumbo perforador
sellando con shocreet las
fracturas del macizo
rocoso producto de la
voladura para
estabilizarlo y evitar
desprendimientos de
rocas.
UNA VEZ FINALIZADA ESTA FASE SE COMIENZA
NUEVAMENTE EL CICLO CON LA FASE DE
PERFORACIÓN.
BULONES DE ANCLAJE MECÁNICO-ANCLAJE
DE EXPANSIÓN
INSTALACIÓN DE BULONES FRICCIONALES TIPO “SWELLEX” CON
CERCHAS, MALLAZO Y GUNITA.
EJECUCIÓN DE UN PARAGUAS DE MICROPILOTES.
REFUERZO DEL TALUD FRONTAL DEL EMBOQUILLE DE UN
TÚNEL.
EMBOQUILLE DE UN TÚNEL EN ROCAS DE MALA CALIDAD MEDIANTE
PANTALLA ANCLADA DE MICROPILOTES.
VENTAJAS DE CONSTRUIR UN TÚNEL CON EL
MÉTODO DE PERFORACIÓN Y VOLADURA
o Adaptación a cualquier morfología de terreno,
independientemente del diámetro de sección o
longitud del túnel a construir.
o mantenimiento y reposición de equipos en tiempo
récord.
o Se controlan las vibraciones producidas por las
voladuras.
o Diseños pueden conseguir una buena
fragmentación de la roca y superficie de contorno,
facilitando además las labores de desescombro y
saneo.
o Los explosivos de última generación
adaptables a las condiciones ambientales de
las obras e insensibles a los posibles
impactos, permiten conseguir altos niveles de
seguridad en su transporte y manipulación.
o Construcción continua del túnel sean cuales
sean las variaciones geológicas encontradas
en el avance de obra.
o Reducción de costes. Los altos niveles de
rendimiento global que supone la aplicación
del Sistema de Perforación y Voladura para la
construcción de túneles redundan en un
sustancial ahorro económico..
EXCAVACIÓN MECÁNICA EN ROCAo La energía utilizada se concentra en los discos de corte de la
máquina en contacto con la roca, que supera la resistencia d la
roca a la penetración, a la tracción y al cizallamiento.
La energía inicial es transmitida
por motores eléctricos, que
mediante un circuito hidráulico,
llega a las herramientas de corte
en contacto con la
roca.
LOS SISTEMAS DE EXCAVACIÓN
1.- ROZADORA
Rozadora de gran Potencia.
2.- TUNELADORA, TOPO O TBM
Tuneladora TBM (túnel boring machine) “ROBBINS” para rocas.
3.- MARTILLO HIDRÁULICO
o La energía se genera mediante motores eléctricos o diesel y se transmite
a través de un circuito hidráulico a la herramienta puntera, situada en el
extremo del brazo articulado de la máquina.
o Es una máquina de ataque puntual.
o La roca se quebrantada por impacto del martillo y se desprende en
forma de Pequeños bloques o esquirlas.
TUNELADORA DE TIPO TOPO UTILIZADA EN
YUCCA MOUNTAIN, WASHINGTON
MÁQUINAS TUNELADORAS
o Los topos, tuneladoras ó TBM (Tunnel Boring
Machine): Excavan el túnel, retiran el escombro y
aplican el revestimiento.
Se elige la
tuneladora
Apropiada a
la geología.
Se han diseñado
tuneladoras como los
dobles escudos que
permiten trabajar
satisfactoriamente en
casi todo tipo de
terrenos.
Para cada tipo
de terreno hay
un tipo de
tuneladora
Ideal.
Escudo EPB TOPORueda de corte de
un mixshield
ESCUDO DE PRESIÓN
Escudo de presión de tierras EPB (presión de
tierras balanceado)
o Recomendable para:
Terrenos cohesivos, es recomendable el
empleo de un escudo EPB (Earth Preasure
Balance).
o Sus ventajas:
Un elevado rendimiento de extracción
La rentabilidad de su funcionamiento y su
respeto al medio ambiente.
ESQUEMA BÁSICO DE UN ESCUDO EPB
1. Rueda de Corte.
2. Accionamiento.
3. Cámara de excavación.
4. Sensor de presión.
5. Esclusa de aire comprimido.
6. Erector de dovelas.
7. Dovelas.
8. Cilindros de propulsión.
9. Cinta transportadoras
10. Sinfín de extracción
El Escudo Mixshield
El Escudo Mixshieldo Es un escudo muy polivalente.
o Perfora en diferentes tipos de geología con una
misma máquina.
o Diferentes modos operativos:
Como hidro-escudo, Como escudo con control
de presión de tierra EPB, Con aire comprimido o
escudo abierto.
o Hoy es el tipo de escudo más utilizado en la
construcción de túneles en ciudades para líneas
de metro, ferrocarril, carreteras, etc.
ESQUEMA BÁSICO DE UN MIXSHIELD
1. Rueda de Corte
2. Accionamiento.
3. Suspensión de bentonita.
4. Sensor de presión.
5. Esclusa de aire comprimido
6. Erector de dovelas.
7. Dovelas.
8. Cilindros de propulsión.
9. Burbuja de aire comprimido.
10. Mamparo sumergible.
11. Machacadora.
12. Tubería de extracción
REVESTIMIENTO POR DOVELAS
• Las dovelas son elementos prefabricados
de hormigón armado.
• Se atornillan entre si formando un anillo
troncocónico.
• La construcción del túnel con
revestimiento por anillos prefabricados
permite el trazado de curvas, tanto en
planta como en alzado.
• Los anillos son troncos de conos, y
colocando las caras convergentes
contiguas se consigue obtener una
alineación curva.
REVESTIMIENTO POR
DOVELAS
DOVELA SUPERIOR EN CLAVE O PIEZA
LLAVE
o Dovela de menor tamaño, denominada clave o llave,
que es la última pieza a colocar durante la
construcción del anillo con el erector.
EL ERECTOR DE DOVELASo Es un elemento de la tuneladora que se encarga de situar hasta
su posición las dovelas.
o Un erector ha de ser rápido, preciso, sencillo de maniobrar,
robusto y seguro.
o Un buen erector proporcionará mayor rendimiento a la
tuneladora, puesto que la mitad del tiempo en la construcción
de un túnel se invierte en la colocación del revestimiento.
RELLENO DEL TRASDÓS
o El trasdós es el espacio de sobre-corte que realiza
la tuneladora con relación al diámetro exterior del
anillo. Para evitar desplazamientos, roturas de las
dovelas y asentamientos, este espacio es rellenado
con mortero inyectado.
• El sostenimiento del frente mediante
fluídos es el método de operación
más frecuente. Como medio de
soporte y de transporte se utiliza una
suspensión de bentonita.
• La mezcla agua/tierra/bentonita se
trata en una planta separadora y La
suspensión recuperada, se vuelve a
introducir en el circuito.
EL DOBLE ESCUDO
o Tuneladoras con características mixtas entre el topo y el
escudo.
o Sostenimiento continuo del terreno durante el avance del túnel.
DOS SISTEMAS DE
PROPULSIÓN
INDEPENDIENTES:
Propulsión del escudo.
Propulsión del topo.
ESCUDO PARA ROCA DURA
o También denominados topos escudados
ya que son utilizados en las mismas
condiciones geológicas que los topos.
o Estos escudos se diferencian muy poco
en la rueda de corte y en el sistema de
extracción del escombro de los topos
estándar.
o Sin embargo, son totalmente diferentes en
el sistema de propulsión y en el escudo de
protección.
1. Rueda de Corte.
2. Accionamiento.
3. Erector de dovelas.
4. Cinta transportadora.
5. Cilindros de empuje.
6. Dovelas.
7. Cuadros de distribución
• La seguridad es la ventaja fundamental que ofrece
el topo escudado con relación al topo estándar y es
que la excavación y el sostenimiento del túnel
tienen lugar dentro del escudo protector,
eliminándose el riesgo continuo que se corre en las
instalaciones libres de sostenimiento.
• Otra ventaja importante que ofrece el escudo para
rocas duras en contraste con el topo es, que el
escudo permite colocar el revestimiento definitivo
del túnel. De este modo con la colocación de las
dovelas prefabricadas de hormigón armado el túnel
queda totalmente finalizado con el paso de la
tuneladora.
LA FIG. 12, CORRESPONDE A LA SECCIÓN CIRCULAR DE LOS
TÚNELES DEL BY-PASS SUR DE LA M-30 DE MADRID, CONSTRUIDOS
CON DOS TUNELADORAS DE 15.20 M.
VENTAJAS DE LA SECCIÓN CIRCULAR
o Mejor comportamiento de la sección por un
estado de esfuerzos radiales bastantes
uniformes.
o La calidad del acabado del revestimiento,
con hormigón de alta resistencia ( aprox. 550
kg/cm2), ya que hay que desencofrar las
dovelas poco después de su vaciado.
o La rapidez de avance, disminuyendo los
efectos de la descompresión del terreno.
o La seguridad de los operarios.
ESCUDO ABIERTO CON ROZADORA
o El campo de utilización de los escudos
rozadores va desde suelos no cohesivos
hasta rocas con resistencia a la compresión
inferior a 700 kgcm2.
o Por lo general la mayoría de los escudos
abiertos dotados con brazo rozador permiten
el intercambio con el brazo excavador.
o Gracias a esto, la mayoría de los elementos
que componen los equipos son idénticos en
ambos casos.
MÁQUINAS DE ATAQUE PUNTUAL• La potencia total del motor de corte y el peso de la
máquina (fuerza de reacción) se concentran en
una única punta cortadora, lo que permite atacar
rocas bastante duras.
o La rotación del cabezal, los cilindros hidráulicos del brazo y las
fuerzas de reacción de la máquina, se concentran en las picas,
iniciándose el rozado
oLa extracción del escombro resultante de la excavación se suele dividir
en dos partes:
1. Retirada del material del frente de excavación, que puede realizarse,
bien mediante una cinta transportadora o bien mediante un tornillo sinfín.
2. Transporte del escombro mediante vagoneta o con cinta transportadora.
EN COMPARACIÓN CON EQUIPOS TBM (TOPOS)
TIENE LAS SIGUIENTES VENTAJAS:
o Precios más razonables.
o Mayor flexibilidad para adaptarse a cualquier cambio de
terreno.
o Se puede utilizar en una amplia gama de secciones, tanto en
relación con su forma como en sus dimensiones.
o Su instalación es mucho más fácil y económica.
o El porcentaje de mano de obra especializada es menor.
o En rocas de mala calidad permite un mejor acceso al frente
para efectuar los trabajos de sostenimiento.
o Permite efectuar la excavación en fases, lo que es decisivo en
terrenos de mala calidad.
o El mayor rendimiento de avance del TBM es neutralizado por
la incidencia en tiempo de los trabajos de sostenimiento.
Existen dos sistemas de corte de las
rozadoras
• 1.- El ripping de cabezal frontal, la
cabeza gira en torno a un eje
• perpendicular al eje del túnel.
• 2.- El milling cabezal radial, gira en
torno a un eje longitudinal, paralelo al
• eje del túnel.
Cabezal Frontal
Cabezal Radial
VENTAJAS DE LA ROZADORA LONGITUDINAL TIPO
“MILLING”
o Desde el punto de vista mecánico la transmisión del motor a la
cabeza es más simple.
o se adapta mejor a los contornos irregurales, produciéndose
menos sobre-excavación.
o En rocas duras estratificadas o heterogéneas, la cabeza de
corte se introduce en las zonas más blandas del frente lo que
facilita la excavación lateral.
Cabezal Radial
VENTAJAS DE LA ROZADORA DE EJE TRANSVERSAL
TIPO “RIPPING”
o La máquina es más estable porque el esfuerzo es simétrico
sobre el eje.
o La rozadora se adapta mejor para contornos del frente
regulares.
o El empuje sobre el frente resulta más fácil de conseguir (a
igualdad de pesos de la máquina) debido al giro de las cabezas
de corte hacia arriba.
Cabezal Frontal
Según su peso pueden clasificarse:
Para galerías
A mayor peso de la máquina mayor es la capacidad de la rozadora.
COMENTARIOS:
oEl peso es la variable más significativa para el rendimiento, ya
que es éste quien constituye la reacción necesaria para producir el
empuje sobre el frente.
o•Una potencia adecuada en la cabeza es necesaria pero no
suficiente.
o Se usan picas delgadas y estrechas para suelos y rocas blandas y
picas gruesas de forma fusiforme para rocas más duras.
ESTIMACIÓN DEL RENDIMIENTO DE UNA
ROZADORA
donde:
Rexc: Rendimiento m3/día
CE: Coeficiente de eficiencia (tabla 7)
RI: Rendimiento instantáneo m3/hora (tabla 6)
n: Número de horas trabajadas al día
C1: Coeficientes de tiempos muertos, no disponibles
en cada relevo.
CD: Coeficiente de tiempo disponible para el rozado
(tabla 10)
Rexc = CE × RI × n ×C1 ×CD
TABLA 6:
Rendimiento instantáneo
TABLA 7: Coeficiente de Eficiencia
TABLA 10: Coeficiente de tiempo disponible para el rozado
EJEMPLO• Supongamos un túnel carretero cuyo terreno presenta
unas características geo-mecánicas muy malas, siendo
necesaria la excavación en fases.
• Considérese que se trabaja en tres turnos y que los
coeficientes que intervienen son:
CE= 0.86 RI= 15 m3/h n= 24 h C1= 0.875 CD=0.20
Rexc = CE × RI × n ×C1 ×CD
Rexc= 0.86 x 15 x 24 x 0.87 x 0.20 = 54 m3/día
Si la superficie de la rozadora es de 60 m2, el avance día
será: 54/60 = 0.9 m/día
Nota: Cuando la roca es muy abrasiva, para una misma dureza de la matriz rocosa, disminuye
el rendimiento instantáneo de rozado.
CRITERIOS PARA LA ELECCIÓN DE UNA ROZADORA
1.- Resistencia a la compresión de la roca
TABLA 5:
2.- Rendimiento del rozado
3.- Condiciones geométricas
4.- Características específicas de cada máquina
o Velocidad de Traslación
Energías alternativas en la traslación
Si se adapta o no para trabajar en ambientes
potencialmente explosivos
o Si dispone de Brazo Telescópico o Articulado
La robustez de la máquina en las partes que más
están sometidas a esfuerzos es vital.
Si se dispone de sistema de chorro de agua a
alta presión.
Si dispone de un sistema adicional de
dirección y control automático del perfil de la
excavación.
Tabla 1: ROZADORAS LIGERAS
Tabla 2: ROZADORAS DE PESO MEDIO
Tabla 3: ROZADORAS PESADAS
Tabla 4: ROZADORAS MUY PESADAS
MARTILLO HIDRÁULICOa.-Montado sobre una retroexcavadora ordinaria de cadenas.
b.- Necesita dos caras libres de salida de la roca para lograr rendimientos
adecuado.
c.- Uso es bajo costo, pocos operarios, buen rendimiento, movilidad y
flexibilidad.
• Para excavar en rocas blandas o fisuradas en las fases de destroza.
• Se ajusta la fuerza y la repetición de los golpes, en función de la
resistencia de la roca.
EXTRACCIÓN DE ESCOMBROSo A.- El sistema a emplear dependerá de la cantidad de material a
transportar por ciclo y de la longitud de transporte.
o B.- En túneles de carreteras las secciones de excavación son grandes
(80 m2 y 100 m2), y el volumen de escombros es alto.
b.1.- No se puede usar cinta o vagonetas.
b.2.- Puede usar palas cargadoras (cap. 3m3) para distancias
inferiores a 500 metros para pequeña y mediana sección. Cargar y
llevarlo al exterior.
Para distancias más largas use zonas de acopio intermedio.
b.3.- Para secciones mayores de 70 m2 y distancias mayores de
500m, use: Pala cargadora + camión Dumper.
o C.- Cuando la excavación se hace con máquinas tuneladoras.
c.1.- La extracción se realiza con camiones Dumper que son
cargados por la cinta porticada del topo.
c.2.- Vagonetas sobre vía, para túneles muy largos y de secciones
medias. Recomendable para distancias superiores a los 1500
metros.
ELECCIÓN DEL SISTEMA DE
EXCAVACIÓN
o Para la elección existen:
1.- Criterios técnicos
2.- Criterios económicos
Aspectos que se consideran en estos criterios:
o Resistencia del terreno
1.-RESISTENCIA ALTA: emplear la excavación
mediante explosivos.
2.-RESISTENCIA MEDIA A BAJA: emplear
indistintamente la voladura o la excavación
mecánica.
LA FIG. MUESTRA UN CRITERIO DE EXCAVABILIDAD MECÁNICA DE
LAS ROCAS EN FUNCIÓN DE LA RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN
SIMPLE Y EL RQD.
• La abrasividad de una roca se relaciona con el con el contenido
de cuarzo, cuya dureza de MOHS es superior a la del acero.
• En general todos los minerales producen cierto desgaste de las
herramientas de corte, dependiendo de su dureza.
• Para evaluar el efecto de los minerales en el desgaste, se usa el
concepto de equivalente de cuarzo, definido como:
donde:
F: factor de equivalencia.
La tabla siguiente, muestra las condiciones de la excavación mecánica en
función del contenido equivalente de cuarzo de la roca.
Equivalente_de_cuarzo = % de mineral x F
EL FACTOR DE EQUIVALENCIA PUEDE
TOMARSE DE LA SIGUIENTE TABLA:
LÍMITE ECONÓMICO DE EXCAVACIÓN CON
ROZADORAS (C.E.TU, 1976)
ROMANA:
Rara vez resulta económicamente factible la excavación
con rozadora de rocas compactas, no fracturadas, cuya
resistencia a compresión simple excede 60 Mpa.
Sin embargo CORNEJO (1988) da valores más
optimistas.
LÍMITE ECONÓMICO DE EXCAVACIÓN
CON ROZADORAS (CORNEJO, 1988)
EL COEFICIENTE DE DESGASTE DE SCHIMAZEK(1970),
PARA ESTIMAR LA INFLUENCIA DE LA ABRASIVIDAD
EN EL DESGASTE DE LAS PICAS ROZADORAS:
SE DEFINE:
VALORES CARACTERÍSTICOS DEL
COEFICIENTE DE SCHIMAZEK F (N/MM)
SEGÚN DATOS PUBLICADOS POR
KENNAMETAL EL CONSUMO DE PICAS PODRÍA
ESTIMARSE:
LIMITES DE UTILIZACIÓN DE TUNELADORAS
Estimación de la velocidad de avance
1.- ESTIMACIÓN DE PENETRACIÓN (P) POR VUELTA:
DONDE:
p: Penetración (mm/vuelta)
FN: Fuerza normal media por cortador (KN)
Co: Resistencia a la compresión simple de la roca (MPa)
DONDE:
p: Penetración (mm/vuelta)
FN: Fuerza normal media por cortador (KN)
Co: Resistencia a la compresión simple de la roca (MPa)
DONDE:
p: Penetración (mm/vuelta)
Fc: Fuerza del cortador (KN)
TO: Resistencia a la tracción de la roca (MPa)
DONDE:
p: Penetración (mm/vuelta)
Fc: Fuerza del cortador (KN)
Co: Resistencia a la compresión simple (MPa)
Las ecuaciones anteriores, indican que existe una proporcionalidad
entre la fuerza por cortador y penetración por vuelta. La fig 5 y fig 6,
confirma parcialmente lo expresado por las ecuaciones:
FIG. 5.- PENETRACIÓN EN FUNCIÓN DE LAS FUERZAS POR CORTADOR
EN EL TÚNEL CULVER – GOODMAN (NELSON ET AL, 1984)
FIG. 6.- PENETRACIÓN EN FUNCIÓN DE LA FUERZA POR
CORTADOR, SEGÚN LOS ENSAYOS DE SNOWDON ET AL (1982)
Deere (1970), propuso una combinación entre la resistencia y abrasividad
de la roca para la previsión de la penetración de tuneladoras:
HT = HR × H A
DONDE:
HT: Parámetro de dureza total
HR: Dureza de Schmidt o rebote del esclerómetro Schmidt
HA: Abrasividad medida en un abrasímetro TABER (pérdida por abrasión
experimentada por un disco de roca, de calibre NX y 1/4” de espesor, que
gira mientras es arañado por una rueda de abrasión tipo TABER H-22,
que gira loca).
HA = Inverso del peso perdido en gramos de los discos de roca después
de 40 vueltas.
La fig. 7a, presentan algunos datos que definen el valor medio y rango de
variación HT para distintos tipos de roca. La fig. 7b, relaciona la dureza
total (HT) con el contenido de cuarzo.
Fig. 7.- Valores de la “Dureza total” HT (Tarkoy, 1973)
(a) Según los diversos tipos de roca.
(b) En esquistos micáceos en función del contenido de cuarzo
2.- ÍNDICE DE PENETRACIÓN (IP):
DONDE:
Ip: Índice de penetración (KN/mm/vuelta)
Nelson et al (1983), del estudio de 4 túneles, encontraron
la siguiente Correlación entre el Ip y La dureza HT.
Los valores de HT están comprendidos entre 20 y 80.
