MAQUINA TUNELADORA

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MAQUINA TUNELADORA

JOHN FREDDY ACUÑA D.COD. 7173088

PEDRO SAUL SILVA C.COD. 1115851919

MAQUINARIA Y EQUIPOING. EDWAR VERA

UNIPAMPLONAFACULTAD DE INGENIERIA Y ARQUITECTURA

INGENIERIA CIVIL2011





CONTENIDO

MAQUINA TUNELADORA

1. INTRODUCCIÓN2. OBJETIVOS

2.1. GENERAL2.2. ESPECIFICOS

3. DESCRIPCION TECNICA3.1. RENDIMIENTO3.2. PARTES3.3. ESPECIFICACIONES

3.3.1. Generalidades3.3.2. Accionamiento3.3.3. Avanzamiento3.3.4. Escudo3.3.5. Erector3.3.6. Cóclea o tornillo sin fin3.3.7. Sistema hidráulico3.3.8. Sistema eléctrico3.3.9. Unidades de control electrónico3.3.10. Medición de gases

4. TIPOS DE TUNELADORAS4.1. LOS TOPOS 4.2. LOS ESCUDOS

4.2.1. Escudos de frente abierto4.2.2. Escudos de frente cerrado

4.2.2.1. Escudos con cierre mecánico4.2.2.2. Escudos presurizados4.2.2.3. Escudos de bentonita4.2.2.4. Escudos de balance

4.3. DOBLE ESCUDO4.4. ESCUDOS DE PRESIÓN

5. EVOLUCIÓN DE LAS TUNELADORAS DE ROCA DURA5.1. TECNOLOGÍA DE TUNELADORAS

6. GRAFICAS 7. CONCLUSIONES

BIBLIOGRAFÍA





1. INTRODUCCIÓN

La diversidad de construcciones y la innovación de las mismas, exige cada vez más a los profesionales conocimientos completos para poder cumplir con las exigencias de las personas y empresas que soliciten sus servicios, asimismo las maquinarias juegan un papel importante para poder cumplir con esos procesos y es por eso la necesidad de conocer a fondo sobre como son y su funcionamiento.

El presente trabajo es una recopilación de información sobre la Tuneladora en donde se muestra que es una Tuneladora, los tipos y además el uso que tiene la misma dentro de las construcciones y sostenimiento de los túneles.

Las maquinas tuneladoras están haciendo grandes aportes al desarrollo de la movilidad y las construcciones civiles a nivel mundial. Estas máquinas son utilizadas para realizar túneles o galerías de trenes de alta velocidad, metros, conductos de acueducto y alcantarillado, ingreso y salidas de agua para hidroeléctricas, vías rápidas en autopistas y demás.





2. OBJETIVOS

2.1. GENERAL

Conocer y recopilar información sobre las Tuneladora y las características importantes y especificaciones de la misma.

2.2. ESPECÍFICOS

Conceptualizar los tipos de Tuneladora que existen Distinguir las ventajas y desventajas de los diferentes tipos de Tuneladoras que

existen





3. DESCRIPCION TECNICA

Una Tuneladora 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 en forma provisional o definitiva.

La excavación se realiza normalmente mediante una cabeza giratoria equipada con elementos de corte y accionada por motores hidráulicos (alimentados a su vez por motores eléctricos, dado que la alimentación general de la máquina se realiza con energía eléctrica), aun cuando también existen Tuneladora menos mecanizadas sin cabeza giratoria. El empuje necesario para adelantar se consigue mediante un sistema de gatos perimetrales que se apoyan en el último anillo de sostenimiento colocado o en zapatas 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.

Detrás de los equipos de excavación y avance se sitúa el denominado "equipo de rezaga" de la Tuneladora, constituido por una serie de plataformas arrastradas por la propia máquina y que, a menudo, ruedan sobre rieles 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.

3.1. RENDIMIENTO

Los rendimientos conseguidos con Tuneladoras 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.





3.2. PARTES

3.3. ESPECIFICACIONES

3.3.1. Generalidades

Maquina: EPB Potencia: 2300 kw Diametro de excavado: 6790 mm

3.3.2. Accionamiento Tipo: Hidráulico Motores hidráulicos: 9 unidades Numero de giro máximo: 3,02 rpm Torque nominal: 6967 kNm Torque máximo:5400 kNm





3.3.3. Avanzamiento

Cilindros de avance principal: 19 pares de cilindros Recorrido: 2200 mm Fuerza de avanzamiento: 50000 kN

3.3.4. Escudo

Escudo frontal (diámetro): 6770 mm Escudo frontal (longitud): 3415 mm Escudo central (diámetro: 6760 mm Escudo central (longitud): 4075 mm Cola (diámetro): 6750 mm Cola (longitud): 3670 mm

3.3.5. Erector

Accionamiento: Hidráulico Peso: 25 ton Sistema de captura: Vacío Translación (recorrido longitudinal): 2400 mm Velocidad de rotación: 0 – 2 rpm Angulo de rotación:+/- 200° Sistema de comando: Telecomandado

3.3.6. Cóclea o tornillo sin fin

Longitud: 15.8 m Potencia: 250 kw Numero de vueltas:0 – 22 rpm Torque (máximo): 203 kNm

3.3.7. Sistema hidráulico

Potencia total: 2200 kw Volumen del tanque: 4675 lt

3.3.8. Sistema eléctrico





Transformador: 1 x 3000 kVA Tensión primaria: 11000 V Tensión secundaria: 400 V Tensión de control: 24 / 230 V Frecuencia: 50 Hz

3.3.9. Sistema de control electrónico

Unidad de control TBM: PLC siemens S7-400 Unidad de control Back-up: PLC siemens S7-300 Unidad de control Cintas transportadoras externas: PLC telemecanique

3.3.10. Medición de gases

Gases medidos: CH4, CO, CO2, O2, H2S, NO2

4. TIPOS DE TUNELADORAS





4.1. LOS TOPOS

Los topos son Tuneladoras diseñadas para excavar rocas duras o medianas, sin demasiadas necesidades de sostenimiento. Su diferencia fundamental con los escudos es que no están dotados de un cilindro de acero tras la rueda de corte que realiza la función de entibación provisional.

La fuerza de empuje se transmite a la cabeza de corte mediante cilindros (cilindros de empuje). La reacción producida se transmite al hastial del túnel mediante los grippers (fuerza de anclaje). Los grippers también compensan el par producido por la cabeza de corte, que se transmite a éstos a través de la viga principal.

Cuando se ha terminado un ciclo de avance, se necesita reposicionar las zapatas de agarre (grippers), para la cual se apoya la viga principal en el apoyo trasero. Una vez anclados los grippers en su nuevo emplazamiento, se libera el apoyo trasero y se inicia un nuevo ciclo de avance.

4.2. LOS ESCUDOS

Los escudos son tuneladoras 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 metálica exterior (que da el nombre a este tipo de máquina) 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, rastreles o rippers" (elementos que arrancan los suelos) y cortadores (elementos que rompen por identación la roca). También dispone de una serie de aperturas, frecuentemente regulables, por donde el material arrancado pasa a una cámara situada tras la rueda de corte y desde donde se transporta posteriormente hacia el exterior de la máquina.

Tras esta cámara se alojan los motores y el puesto de mando de la máquina, espacios completamente protegidos por la carcasa metálica.

Seguidamente está 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:

4.2.1. 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.

4.2.2. 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:

4.2.2.1. 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.

4.2.2.2. Escudos presurizados con aire comprimido: prácticamente no se usan.

4.2.2.3. Escudos de bentonita o hidroescudos: con la inyección de bentonita se consigue estabilizar el terreno por sus propiedades tixotrópicas y facilitar el transporte de material mediante bombeo.

4.2.2.4. Escudos de balance de presión de tierras: El material es extraído del cuarto de tierras mediante un tornillo de Arquímedes. 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 que ésta 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.

4.3. DOBLE ESCUDO

Capaz de trabajar como topo o como escudo, en función de la calidad del macizo rocoso, siendo la mejor solución para macizos con tramos de tipología variable suelo-roca. En este tipo de Tuneladora el escudo está dividido en dos partes, la delantera en la que se encuentra la cabeza de corte, y la zona trasera en la que se realiza el montaje del anillo de dovelas.

El movimiento de estas dos partes del escudo es independiente, situándose los "grippers" en un hueco abierto entre ambas, por lo que la cabeza puede excavar mientras que en la cola del escudo se van montando los anillos de dovelas. De esta manera los rendimientos alcanzados con este sistema son mucho mayores que con un escudo simple. Este sistema se aplica en aquellos terrenos capaces de resistir la presión que transmiten los “grippers”. Al mismo tiempo que los cilindros de empuje principal impulsan hacia delante el escudo de cabeza y la rueda de corte realizan la excavación, en el escudo trasero se procede al montaje de un nuevo anillo de dovelas de sostenimiento al abrigo del mismo.

Cuando el terreno es más débil y no es capaz de resistir la presión de los “grippers”, la Tuneladora funciona como escudo simple, cerrándose el hueco de los "grippers", y apoyándose la Tuneladora, mediante unos cilindros auxiliares, en el último anillo colocado, para así obtener la reacción necesaria para el empuje de la cabeza de corte (es decir, como trabaja un escudo normal). Por ello, trabajando en modo escudo, no es posible simultanear la excavación con el montaje del anillo de dovelas.

En las T.B.M. Con escudo el proceso de excavación ha de interrumpirse cuando se colocan las dovelas, debido a que no se pueden utilizar los cilindros de empuje que hacen posible el trabajo de los cortadores.

Para evitar este problema y conseguir dedicar a la excavación la mayor proporción posible del ciclo de trabajo, se han desarrollado los denominados dobles escudos que incorporan tanto los cilindros típicos de los escudos como los grippers propios de las T.B.M. Tanto los grippers como los cilindros de empuje están protegidos por dos estructuras metálicas que son dos auténticos escudos, disposición que da nombre a

este tipo de Tuneladoras. El escudo posterior es de menor diámetro que el del frente y, mediante unos cilindros hidráulicos, pueden deslizar por el interior del





escudo delantero, de tal forma que se consigue una protección total del área de trabajo.

Utilizando los grippers o los cilindros de empuje, los dobles escudos, teóricamente, pueden excavar todo el tiempo que la máquina esté disponible. En cambio, esta potencialidad es difícil que pueda llegar a manifestarse plenamente; puesto que, cuando el terreno es de mala calidad, los grippers no pueden proporcionar la reacción necesaria para empujar la cabeza de corte. Otra ventaja de estas máquinas recae en la posibilidad de colocar dovelas en los tramos de terrenos de media y mala calidad; mientras que en los terrenos de buena calidad el sostenimiento y revestimiento se pueden hacer con elementos convencionales.

Esta nueva ventaja es, en ocasiones, de dudosa rentabilidad; ya que, si se consideran adecuadamente todos los factores de incidencia económica, normalmente resulta más económico y rápido ejecutar el revestimiento con dovelas que combinar éstas con un encofrado tradicional.

Las desventajas que presentan los dobles escudos son los siguientes: Al ser su longitud bastante mayor que la de las T.B.M. o incluso que la de las T.B.M. con escudo, el riesgo que tienen los dobles escudo de quedar atrapados en las zonas de falla es mucho mayor. El ejemplo más importante y claro lo constituyen los dos dobles escudo, de 11,8 m de diámetro, que han permanecido atrapados durante más de un año en los túneles gemelos de Pinglin (Taiwan), WALLIS (1.998)

4.4. ESCUDOS DE PRESIÓN DE TIERRAS

Los Escudos de Presión de Tierras, también llamados Tuneladoras E.P.B. (Earth Pressure Balanced), se han inventado para resolver el problema que plantea la estabilidad del frente de excavación cuando el terreno es inestable.Esta situación se produce en los túneles excavados en terrenos de tipo suelo, sobre todo si están situados por debajo del nivel freático o cuando el terreno está constituido por una roca blanda y, la profundidad a la que se ha de excavar el túnel es considerable.

Para controlar la estabilidad del frente del túnel los Escudos de Presión de Tierras amasan los terrenos excavados empujándolos contra el frente mediante unos cilindros hidráulicos que empujan la cabeza de corte. En función de la granulometría del terreno

y de su grado de humedad, esta será más o menos fácil de amasar; por eso cuando existen dificultades con el amasado hay que acondicionar el terreno





añadiendo agentes como espumas, polímeros o suspensiones de arcillas. Para mantener la presión de tierras en la cámara de excavación, la extracción de las tierras excavadas, se realiza mediante un tornillo de Arquímedes A diferencia de las Tuneladoras de Roca Dura, los Escudos de Presión de Tierras no se apoyan sobre el terreno; sino que lo hacen sobre el revestimiento del túnel que, siempre está constituido por anillos de dovelas.

Los Escudos de Presión de Tierras disponen de una estructura metálica que aísla totalmente la excavación realizada del terreno y permite colocar el revestimiento sin que exista interferencia alguna por parte del terreno excavado. De esta forma, físicamente un Escudo de Presión de Tierras tiene, externamente, el aspecto de un cilindro metálico.

Todos los Escudos de Presión de Tierras disponen de una grúa móvil, llamada erector, que permite manipular las dovelas para armar el anillo completo. Actualmente la mayor parte de los erectores manipulan las dovelas sujetando las mediante un sistema de succión, al igual que los sistemas de elevación necesarios para descargar las dovelas que llegan al escudo para ser colocadas. Los Escudos de Presión de Tierras son máquinas mucho más complejas que las Tuneladoras de Roca Dura, pues realizan funciones más complicadas y variadas que las necesarias para construir un túnel en roca dura. Por ello, los Escudos de Presión de Tierras tienen unas instalaciones auxiliares complejas, que van unidas en un conjunto de remolques, también llamados back up, arrastrados por el propio escudo. Es normal que el conjunto de un escudo y sus instalaciones remolcadas ocupen una longitud de túnel de 120 y 180 m.

5. EVOLUCIÓN DE LAS TUNELADORAS DE ROCA DURA

Básicamente las T.B.M. Se caracterizan por tener una cabeza de corte muy esbelta, normalmente con una longitud de unos 5 m y, por presentar una





protección insuficiente de la superficie perimetral de excavación. Eso es debido al hecho de que las T.B.M., normalmente, se utilizan en terrenos de buena calidad que acostumbran a comportarse como auto estables.

5.1. TECNOLOGÍA DE TUNELADORAS

Las Tuneladoras que se han construido desde el concepto de las T.B.M. han evolucionado hasta conseguir un grado de aplicación que permite utilizar éstas en terrenos de calidad media e incluso mala. Sin variar sustancialmente el concepto de T.B.M. una primera evolución consiste en la incorporación de una estructura metálica, prolongada por unas platinas en la zona de la clave, que realiza un efecto similar a la estructura de protección de los escudos. En estas máquinas la longitud de la cabeza de corte, con la incorporación de la estructura metálica del escudo, acostumbra a ser de unos 7 m; IWASAKI et al, (1.999), con lo que se les diferencia externamente muy bien de las T.B.M. clásicas. Realmente esta modificación es de poco calado, por lo que las características generales de estas máquinas son similares a las de las T.B.M. básicas, pues, estas máquinas siguen utilizando el sistema clásico de empuje por grippers.Una evolución más importante se traduce en las T.B.M con escudo que está equipado con un sistema erector de dovelas. Finalmente, se ha de destacar que la evolución más intensa se da en los dobles escudos que combinan el sistema de grippers, que es apoyan en el terreno, con el de cilindros de empuje sobre dovelas.





6. GRÁFICAS

Tuneladora TBM Tuneladora EPB

Tuneladora Topo Tuneladora doble escudo

Tuneladora escudo





7. CONCLUSIONES

Después de haber realizado este trabajo sobre las Tuneladoras, se puede concluir que: se cumplió con los objetivos propuestos al principio de este trabajo, ya que se pudo conocer que es una Tuneladoras y los tipos que existen de este tipo de maquina; además de esto se pudo profundizar sobre este tema logrando conceptualizar sobre otros aspectos destacables sobre la utilización, ventajas y desventajas de este tipo de maquinas utilizadas en grandes construcciones.





BIBLIOGRAFIA

Maquinas tuneladoras, mantenimiento preventivo- Eduardo Jose Geney, Ing. Electricista, septiembre de 2009.

Análisis de los movimientos del terreno producidos por la excavación mecánica del túnel de la L9 en la zona de Santa Coloma de Gramene Túnel con Tuneladora, tipos de Tuneladoras,PDF. http://uhttp://upcommons.upc.edu/pfc/bitstream/2099.1/3270/6/521466.pdfpcommons.upc.edu/pfc/bitstream/2099.1/3270/4/52146-4.pdf

Wikipedia la enciclopedia libre, Tuneladora, http://es.wikipedia.org/wiki/Tuneladora

Graficas http://www.urbanity.es/foro/maquinaria-de-construccion/21-maquinaria-de-obras-19.html

http://www.adif.es/es_ES/comunicacion_y_prensa/fichas_de_actualidad/ficha_actualidad_00020.shtml

http://www.padigital.com.pa/periodico/edicion-anterior/nacion-interna.php?story_id=936195





http://www.urbanity.es/foro/maquinaria-de-construccion/21-maquinaria-de-obras-19.html

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