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  1. 1. TEMA DE TESIS: TBM APLICADO A LA CONSTRUCCION DEL METRO DE LIMA UNI FIC GESTIONTECNOLOGICAYEMPRESARIAL 1 TESIS: TBM APLICADO A LA CONSTRUCCION DEL METRO DE LIMA ESTUDIANTE: ESCOBAR CATACORA FELIX FERNANDO
  2. 2. TEMA DE TESIS: TBM APLICADO A LA CONSTRUCCION DEL METRO DE LIMA UNI FIC GESTIONTECNOLOGICAYEMPRESARIAL 2 CAPITULO1 1. TBM (MAQUINA ESCABADORA DE TUNELES) Una tuneladora, T.B.M. (del inglés Tunnel Boring Machine) o minador a sección completa 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 tuneladoras 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 (o en denominación inglesa back up), 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. Tuneladora de tipo topo utilizada en Yucca Mountain, Washington
  3. 3. TEMA DE TESIS: TBM APLICADO A LA CONSTRUCCION DEL METRO DE LIMA UNI FIC GESTIONTECNOLOGICAYEMPRESARIAL 3 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. 1.1. TIPOS DE “TMB” 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. 1.1.1. 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. Foto de un modelo a escala de la tuneladora empleada para el Túnel de San Pedro, Ministerio de Fomento de España. 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
  4. 4. TEMA DE TESIS: TBM APLICADO A LA CONSTRUCCION DEL METRO DE LIMA UNI FIC GESTIONTECNOLOGICAYEMPRESARIAL 4 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. 1.1.2. 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:  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
  5. 5. TEMA DE TESIS: TBM APLICADO A LA CONSTRUCCION DEL METRO DE LIMA UNI FIC GESTIONTECNOLOGICAYEMPRESARIAL 5 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 terreno 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 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.
  6. 6. TEMA DE TESIS: TBM APLICADO A LA CONSTRUCCION DEL METRO DE LIMA UNI FIC GESTIONTECNOLOGICAYEMPRESARIAL 6 1.1.3. Doble Escudo Otra modalidad de tuneladora es la denominada 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 tuneladoras 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 realiza 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, cerrandose 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.
  7. 7. TEMA DE TESIS: TBM APLICADO A LA CONSTRUCCION DEL METRO DE LIMA UNI FIC GESTIONTECNOLOGICAYEMPRESARIAL 7 1.2. Sistema de avance de un topo La sección de anclaje de un topo comprende: Un carro estructural o back up, un conjunto de zapatas de anclaje denominado codal o grippers, y los cilindros de empuje de la máquina. Los codales o grippers: Son las zapatas que apoyan la máquina contra la roca durante el avance. Deben de soportar la fuerza de empuje necesaria para el avance del topo, proporcionada por los cilindros de empuje y transmitirla a las paredes del túnel. Método de avance: El funcionamiento de un topo se compone de 5 ciclos bien diferenciados: 1. La máquina es acodalada en el túnel. Comienza la excavación. 2. Los cilindros de empuje del cabezal de corte llegan al final de su carrera. Se para la excavación. 3. Los soportes delanteros y traseros se extienden y se retraen los codales. EL cuerpo principal de la máquina o Kelly exterior se desliza suavemente hacia delante. 4. La máquina se alinea usando el soporte trasero. 5. Los codales son extendidos y los soportes recogidos. La máquina está lista para iniciar un nuevo ciclo
  8. 8. TEMA DE TESIS: TBM APLICADO A LA CONSTRUCCION DEL METRO DE LIMA UNI FIC GESTIONTECNOLOGICAYEMPRESARIAL 8 1.3. Túneles con revestimiento por dovelas o mediante cerchas. Una vez realizado un avance, la máquina coloca el revestimiento y deja el túnel totalmente realizado. 1.3.1. Escudo de presión de tierras EPB En aquellos estudios geotécnicos donde se detecten terrenos cohesivos, es recomendable el empleo de un escudo EPB (Earth Preasure Balance). Sus ventajas: un elevado rendimiento de extracción, la rentabilidad de su funcionamiento y su respeto al medio ambiente. Los escudos EPB utilizan la tierra excavada como medio de sostenimiento del frente. El acondicionamiento del terreno con espuma amplía considerablemente el campo de aplicaciones del escudo. La fuerza de los cilindros de propulsión, transmitida a través del mamparo estanco, actúa sobre la tierra plastificada en la cámara de extracción, consiguiéndo así un equilibrio de fuerzas y evitándo derrumbamientos del frente. El material excavado se transfiere a una cinta transportadora a través de un sinfín. El transporte del material al exterior se realiza mediante vehículos sobre raíles o camiones. Esquema básico de un escudo EPB:
  9. 9. TEMA DE TESIS: TBM APLICADO A LA CONSTRUCCION DEL METRO DE LIMA UNI FIC GESTIONTECNOLOGICAYEMPRESARIAL 9 1.3.2. El escudoMixshield Es un escudo muy polivalente. La idea básica consiste en perforar en diferentes tipos de geología con una misma máquina, pero con diferentes modos operativos. Funciona como hidroescudo, escudo con control de presión de tierra EPB, aire comprimido o escudo abierto. Hoy por hoy, es el tipo de escudo más utilizado en la construcción de túneles en ciudades para líneas de metro, ferrocarril, carreteras, etc. 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. Esquema básico de un Mixshield:
  10. 10. TEMA DE TESIS: TBM APLICADO A LA CONSTRUCCION DEL METRO DE LIMA UNI FIC GESTIONTECNOLOGICAYEMPRESARIAL 1 0 1.3.3. Escudo pararoca dura También denominados topos escudados ya que son utilizados en las mismas condiciones geológicas que los topos. Estos escudos se diferencian muy poco en la rueda de corte y en el sistema de extracción del escombro de los topos estándar. Sin embargo, son totalmente diferentes en el sistema de propulsión y en el escudo de protección. 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. Esquema básico de un Escudo para roca dura:
  11. 11. TEMA DE TESIS: TBM APLICADO A LA CONSTRUCCION DEL METRO DE LIMA UNI FIC GESTIONTECNOLOGICAYEMPRESARIAL 1 1 1.3.4. El doble escudo Los dobles escudos son tuneladoras con caracterísitcas mixtas entre el topo y el escudo. La característica principal es que está dotado de dos sistemas de propulsión independientes donde el primero de éstos corresponde al sistema de propulsión del escudo y el segundo con el del topo. El doble escudo es un escudo telescópico articulado en dos piezas que proporciona un sostenimiento continuo del terreno durante el avance del túnel. Las distintas posibilidades de trabajo que ofrecen los dobles escudos permiten conseguir unos rendimientos próximos a los de los topos, que los escudos para roca dura no podrían conseguir. Al igual que los escudos para roca dura los dobles escudos permiten realizar túneles a través de terrenos con geología cambiante e inestable que los topos no podrían realizar. Fotografía de un doble escudo: El escudo delantero: Sirve como estructura soporte de la cabeza de corte, contiene el rodamiento principal, la corona de accionamiento y los sellos interno y externo.
  12. 12. TEMA DE TESIS: TBM APLICADO A LA CONSTRUCCION DEL METRO DE LIMA UNI FIC GESTIONTECNOLOGICAYEMPRESARIAL 1 2 El escudo trasero: o escudo de anclaje, incorpora las zapatas de los grippers operables a través de ventanas. En su parte posterior incorpora el erector de dovelas y los cilindros de empuje para la propulsión en modo escudo normal. 1.3.5. Topos Los topos son tuneladoras diseñadas para poder excavar rocas duras y medias sin grandes necesidades de soporte inicial. Los elementos principales que forman un topo son dos, la cabeza de corte y la sección de anclaje, compuesta a su vez por: los codales o grippers, los cilindros y el Back up o carro estructural. En el diseño de un topo, la parte fundamental a estudiar con más detenimiento es la cabeza de corte y la posición de las herramientas de corte, discos de corte, rastrillos, cangilones de desescombro y coppy cutters que se van a instalar en ella. La fuerza para realizar el avance se obtiene como reacción de los grippers contra el terreno. Esquema básico de un topo: El topo ensanchador es, como su propio nombre indica, aquel topo que se utiliza para agrandar túneles y así evitar las consecuencias de las fuerzas de agarre en la excavación finalizada, ya que los topos ensanchadores tienen los grippers delante de la rueda de corte. Los topos para planos inclinados están especialmente diseñados para la realización de túneles con pendientes mayores de 10% y que han llegado al
  13. 13. TEMA DE TESIS: TBM APLICADO A LA CONSTRUCCION DEL METRO DE LIMA UNI FIC GESTIONTECNOLOGICAYEMPRESARIAL 1 3 50%. Estos topos han sido utilizados en la construcción de funiculares subterráneos a estaciones de esqui, túneles de centrales eléctricas, minas, etc. CAPITIULO 2 2. La metodología del PAT (PLAN DE VANCE DE UN TUNEL) como garantía de éxito en los túneles en áreas urbanas En condiciones normales, el objetivo fundamental de la ingeniería es garantizar que un túnel se realice dentro de las limitaciones de tiempo y coste, que sea estable y duradero, y que cumpla las especificaciones técnicas y requisitos del cliente. Estos objetivos son realmente muy importantes, pero no son suficientes en el caso de túneles en ciudad, donde con frecuencia existe un conjunto de elementos que influyen en la elección del diseño y en la construcción. El enfoque correcto para obtener éxito en la construcción de túneles, especialmente en las ciudades, debería consistir en:  Correcta comprensión del medio ambiente circundante;  Establecer requerimientos realísticos tanto en el diseño como en la construcción, teniendo en cuenta el estado de las más avanzadas tecnologías y las mejores prácticas;  Controlar el diseño y la construcción, a través de la aplicación de un Plan de Gestión de Riesgos (Risk Management Plan - RMP) que es una metodología transparente y con gran potencial;  Garantizar que el diseño se compruebe y, si fuera necesario, optimizarlo durante la ejecución usando la metodología del Plan de Avance del Túnel (Plan for Advance of Tunnel - PAT);  Reconocer que la construcción, y especialmente, el control de los procesos de construcción constituyen una parte integral de la ingeniería, porque “proyectar” una estructura subterránea en una zona urbana es una actividad iterativa. En este documento se describen los principales pasos de un típico RMP y los elementos básicos del PAT, y se ilustran con ejemplos prácticos. En las últimas décadas, se han obtenido algunos logros importantes en relación con la construcción de túneles, en zonas urbanas y en términos de seguridad, velocidad y coste de la excavación. Además, con cada logro acompañado por una nueva experiencia practica, el “límite de la viabilidad” de la tecnología de ayer ha dado un paso hacia delante en la tecnología de hoy, teniendo como resultado el empleo de máquinas de grandes diámetros y la posibilidad de realizar excavaciones en condiciones cada vez más difíciles. El éxito en los túneles, especialmente en los construidos en ciudades, requiere una adecuada y correcta compresión del medio ambiente circundante, ver el ejemplo de la Figura 1 en el que confluye una densa infraestructura en la superficie, instalaciones subterráneas, estructuras enterradas, así como el medio geológico natural. Si bien los tres
  14. 14. TEMA DE TESIS: TBM APLICADO A LA CONSTRUCCION DEL METRO DE LIMA UNI FIC GESTIONTECNOLOGICAYEMPRESARIAL 1 4 primeros elementos pueden ser, en cierta medida, documentados e investigados con relativa facilidad, el último, es decir, el terreno natural, representa el elemento más difícil de entender y conocer. Los típicos riesgos o “hazards” asociados a la construcción de un túnel en zonas urbanas son: pobres características del suelo, presencia del nivel freático por encima del túnel, sobrecargas someras (a menudo acercándose a los límites de viabilidad), y asentamientos del terreno inducidos por la construcción del túnel con los posibles daños a las estructuras existentes y a los servicios públicos que se encuentran por encima del mismo. Además, se debe trabajar con incertidumbre en los principales datos o parámetros de entrada: la interpretación geotécnica del comportamiento del terreno, la evaluación de la interacción entre estructura y entorno, las variables de construcción y los factores del mercado y la opinión y respuesta final de los usuarios a la construcción del túnel. De hecho, como señaló sabiamente Peck [1], las propiedades en la ingeniería no se pueden especificar, solo se pueden estudiar, investigar y determinar en función de las condiciones físicas a las que puedan estar sometidas, por ejemplo cimentaciones, excavaciones (túneles o trincheras) u otras obras de ingeniería. Nunca dos puestos de trabajo son exactamente iguales. Sin embargo el proyectista debe diseñar y supervisar la construcción de un proyecto de forma que cumpla el propósito para el que ha estado construido bajo las condiciones de seguridad y economía. Cuando se analizan los desafíos a los que se enfrenta cualquier persona que quiera construir un túnel en una ciudad, se concluye que el único enfoque correcto para hacer frente a este tipo de problemas es el de un riguroso y completo análisis de riesgos. Por supuesto, la elección del método de excavación es de suma importancia y, cuando se trata de túneles en ciudad, se debe elegir el método TBM con escudo y presión en el frente, de tal modo que la elección de la tuneladora constituya la “primera contra medida” a los principales riesgos identificados en el proyecto. Además, como “contra medidas secundarias” es necesario aplicar un riguroso plan de vigilancia y control del mecanismo del proceso de construcción del túnel, por medio de una serie de procedimientos operativos. El control de todo el sistema de aplicación conduce a la propuesta de una nueva metodología, denominada PAT, que permite asegurar el éxito del proyecto. Dicha metodología, que se presenta brevemente en este documento, se describe con detalle en el libro “Mechanized Tunnelling in Urban Areas” publicado por Taylor&Francis/Balkema, 2007 [2]. El objetivo final es evitar que ante la presencia de incertidumbres y de posibles condiciones imprevistas, el proyectista del túnel pueda ser inducido a ser más prudente de tal manera que en el desarrollo de la concepción que esta llevando a cabo, el peor de los casos o el de valores geotécnicos mas pobres (o incluso la combinación de ambos) se convierta en el “peor de los casos de diseño” generalizado para todo el proyecto, mientras que la necesidad real es que la asignación de este “peor caso” se podría limitar tan solo a algunas partes del proyecto. Por lo tanto, creemos que, en respuesta a quienes han advertido recientemente que “la gestión de riesgos excesiva podría perjudicar al proyecto de un túnel en lugar de llevarlo a una conclusión exitosa” (World Tunnelling, Junio 2008), una
  15. 15. TEMA DE TESIS: TBM APLICADO A LA CONSTRUCCION DEL METRO DE LIMA UNI FIC GESTIONTECNOLOGICAYEMPRESARIAL 1 5 propuesta de RMP puede ayudar a optimizar la ingeniería de la construcción de un túnel en condiciones difíciles, conduciéndolo a su terminación con éxito. 2.1 Túneles en áreas urbanas Los típicos riesgos o “hazards” asociados a la construcción de un túnel en zonas urbanas son: pobres características del suelo, presencia del nivel freático por encima del túnel, sobrecargas someras (a menudo acercándose a los límites de viabilidad), y asentamientos del terreno inducidos por la construcción del túnel con los posibles daños a las estructuras existentes y a los servicios públicos que se encuentran por encima del mismo. Además, se debe trabajar con incertidumbre en los principales datos o parámetros de entrada: la interpretación geotécnica del comportamiento del terreno, la evaluación de la interacción entre estructura y entorno, las variables de construcción y los factores del mercado y la opinión y respuesta final de los usuarios a la construcción del túnel. En condiciones normales, los objetivos fundamentales para el diseño y posterior construcción de un túnel es asegurar que el trabajo se realice dentro de las limitaciones presupuestarias de tiempo y coste, que sea estable y duradero y que cumpla con las especificaciones técnicas y requisitos del cliente. Estos objetivos son realmente muy importantes, pero no son suficientes en el caso de túneles en ciudad, donde con frecuencia existe un conjunto de elementos que influyen en la elección del diseño y en la construcción. La presencia de estos elementos requiere que se preste especial atención a aspectos como:  Perturbar lo menos posible la integridad de la superficie del terreno y el entorno edificado encima;  Tener en cuenta todas las estructuras existentes y todos los servicios urbanos subterráneos, como el sistema de alcantarillado y red de telecomunicación;  El respeto de los limites de asentamientos superficiales especificados en el diseño, que es función del tipo de terreno y de la estructura existente (o sus coeficientes de vulnerabilidad), así como de la técnica de construcción que se utilizará;  Evitar absolutamente el colapso del frente del túnel, que puede causar daños materiales y personales. 2.2. El plan de gestión de riesgos como medio actualpara el diseño de túneles El punto clave es reconocer los factores de riesgo o los peligros y “ser prudente a priori”, ya que consideramos que la mayoría de los riesgos se pueden gestionar de manera eficaz a través de la utilización de un Plan de Gestión de Riesgos (RMP), que es una metodología sólida, transparente y eficaz que se
  16. 16. TEMA DE TESIS: TBM APLICADO A LA CONSTRUCCION DEL METRO DE LIMA UNI FIC GESTIONTECNOLOGICAYEMPRESARIAL 1 6 puede adoptar desde las primeras etapas de diseño hasta las fases de construcción y operación, para reducir al mínimo la ocurrencia de los riesgos y/o mitigar sus consecuencias. El RMP es una metodología compuesta por pasos y herramientas claramente identificados para la gestión de riesgos en la construcción de túneles. El objetivo de la aplicación de un RMP en un proyecto es asegurar que todos los riesgos se han reducido a niveles aceptables y que han sido tratados de forma eficaz. Un RMP debe establecerse en base a cuatro principios fundamentales o esenciales (Grasso et al., 2002[3]; Chiriotti et al., 2003[4]). Identificación de los Riesgos:  Definir los objetivos y requisitos del proyecto;  Establecer la tolerancia por parte del Cliente ante la situación riesgo, tanto para el grado de incertidumbre como para el nivel de riesgo asumido;  Caracterización de un Escenario de Proyecto de Referencia e identificación de los riesgos mediante la elaboración de un registro de riesgos (es decir, una lista completa de los posibles peligros y riesgos iniciales), abarcando todas las disciplinas y fases del proyecto; Cuantificación del Riesgo:  Para cada uno de los peligros o hazards identificados, se especifican las posibles causas y el riesgo se evalúa a través de una evaluación de su probabilidad de ocurrencia y de su impacto en el proyecto ;  Se logra una estimación preliminar de la vulnerabilidad del proyecto a los diferentes tipos de riesgos si se utilizan métodos de cuantificación cualitativa, mientras que se obtiene un estimación mas fiable si se utilizan métodos cuantitativos como por ejemplo los análisis probabilísticos;  Se asigna un orden de prioridad a los riesgos identificados y se realiza una selección de los riesgos inaceptables que deben ser considerados mas adelante; Respuesta al desarrollo de los Riesgos:  Si un riesgo es inevitable, tiene que ser mitigado mediante la identificación de una lista de acciones de respuesta o mitigación: un enfoque de diseño y/o una técnica de construcción y/o un método de instalación que reduzcan el riesgo inicial;  Suponiendo que las medidas de mitigación se han puesto en práctica, el riesgo tiene que ser re-evaluado, a fin de cuantificar el riesgo residual, teniendo en cuenta que, después de la introducción de las medidas de mitigación, la responsabilidad de la gestión del riesgo residual puede cambiar;  Comunicar sistemáticamente y/o reducir aun más los riesgos residuales. Respuesta de Vigilancia de los Riesgos:  Asegurarse de que los procedimientos de construcción/instalación para la ejecución de las obras, son conformes a las estrategias identificadas en la fase de diseño, para reducir el riesgo inicial;
  17. 17. TEMA DE TESIS: TBM APLICADO A LA CONSTRUCCION DEL METRO DE LIMA UNI FIC GESTIONTECNOLOGICAYEMPRESARIAL 1 7  Diseño de un eficaz Plan de Control para gestionar los riesgos durante la construcción, instalación y pruebas a realizar, lo que implica que se deben identificar los principales parámetros e indicadores para el control de la seguridad, de la calidad y del progreso de las obras y que se debe poner en marcha los procedimientos de vigilancia (es decir, tipo de instrumento, frecuencia de las lecturas, alerta y umbrales de alarma, etc.);  Diseño de un sólido Plan de Contra - Medidas que se aplicaran durante la construcción en el caso de que se superen los umbrales de alarma. Para situaciones extremamente críticas se debe preparar también un Plan de Emergencia. Los autores también creen que la “ingeniería” de una estructura subterránea en una zona urbana es una actividad “iterativa”, que a partir de bases probabilísticas, debería incluir: (1) una comparación con la realidad, puesto gradualmente de manifiesto en la construcción, y (2) la modificación del diseño inicial con la consiguiente adaptación del diseño a la evolución de la realidad, todo esto a través de un dinámico y continuo proceso de diseño (aplicación, seguimiento, control y optimización del diseño) hasta la finalización de las obras, momento en el cual el diseño deberá ser completado. De esto se deduce que la construcción y, especialmente, el control del proceso de construcción también deben considerarse como parte integrante de la “ingeniería” de un túnel. La aplicación de un RMP exige que el proyecto se elabore utilizando métodos probabilísticos, siempre que sea posible, y que el diseño resultante se deba revisar y si, fuera necesario, optimizar durante la ejecución utilizando la metodología PAT. Los principios del PATse ilustran en la Fig. 2. Siendo un nuevo método utilizado para finalizar el diseño y para el control de la construcción es también un método “continuo” que permite la actualización del diseño y el control de los parámetros de construcción de los tramos del túnel que se deben construir basándose en los resultados obtenidos en los tramos ya construidos. 2.3. Una nueva metodología de diseño: plan de avance deltúnel (PAT) Durante la construcción, el RMP y la función del proyectista dentro del RMP, son de suma importancia. Es necesario que las herramientas (como el registro de riesgos) y los métodos (como la identificación y cuantificación de los riesgos, el diseño a través de escenarios de riesgos, etc) permanezcan siempre activos y dinámicos para garantizar, de este modo, que el diseño que se aplicará es el más apropiado y está basado en la “mejor estimación” del conocimiento del terreno y de la propia situación. El concepto de diseño iterativo mediante la utilización del PAT se introdujo por primera vez por Geodata en el 2001 en el metro de Oporto (Grasso et al., 2002b [5], Chiriotti et al., 2004[6]). El PAT es un documento vivo que proporciona un vínculo dinámico entre el diseño y la construcción y que facilita la gestión de los riesgos residuales. De hecho, el PAT tiene un bajo coste, es fácil de aplicar, y proporciona un procedimiento práctico para el equipo del proyectista -constructora - dirección
  18. 18. TEMA DE TESIS: TBM APLICADO A LA CONSTRUCCION DEL METRO DE LIMA UNI FIC GESTIONTECNOLOGICAYEMPRESARIAL 1 8 de obra para actualizar continuamente los escenarios de los riesgos y los correspondientes planes de mitigación según los procedimientos constructivos. El PAT se produce (o se actualiza) antes de la excavación de cada 200 a 500m a lo largo del tramo del túnel. En el se resumen tanto los requisitos de diseño como de construcción, con el fin de lograr un funcionamiento seguro; y se basa en el contenido de los iniciales documentos de diseño, en los datos obtenidos del PAT en el/los tramo/s anteriores y si es el caso en los nuevos datos de entrada. Se utiliza un enfoque multidisciplinario para actualizar la identificación de los riesgos iniciales y para mantener bajo control los riesgos residuales mediante:  Recogida y análisis de la TBM y de los datos de control de la sección excavada anteriormente;  Recoger y analizar los nuevos datos que puedan afectar localmente a las referencias geológicas del modelo;  Recopilar y analizar los niveles piezometricos y los datos de lluvia con el fin de determinar la necesidad de adaptar los rangos de presión definidos en los documentos de diseño;  Revisión de los datos de los nuevos edificios y obtener información de las interferencias existentes;  Examinar la necesidad de adicionales instrumentos de control o de la frecuencia de laslecturas, y  Revisión de los requisitos en términos de avance de la TBM. Esta información se utiliza después para obtener una mejor predicción del modelo de referencia y resumir mediante un esquema y un breve informe, las siguientes instrucciones:
  19. 19. TEMA DE TESIS: TBM APLICADO A LA CONSTRUCCION DEL METRO DE LIMA UNI FIC GESTIONTECNOLOGICAYEMPRESARIAL 1 9  Necesidad de adicionales obras de consolidación o reducción de las previstas;  Condiciones geológicas más probables en el frente del túnel y en la estimación de las sobrecargas;   Condiciones hidrogeológicas y niveles piezometricos más probables;  Posición de los instrumentos de control (en el interior del túnel, en el terreno, en la superficie, sobre los edificios y en los servicios públicos);  Cuadro resumen de los valores umbrales de aplicación de los parámetros de vigilancia;  Frecuencia de las lecturas previstas para todos los instrumentos de control;  Rangos de funcionamiento para los parámetros clave de la TBM: el peso del material extraído por anillo, densidad aparente del material extraído, presión en el frente, presión de inyección en el hueco anular;  Frecuencia y posición de las perforaciones de investigación en avance;  Requisitos particulares relativos a la conducción de la TBM: como no pararse debajo de los edificios mas sensibles, la inyección de bentonita entorno al escudo para reducir la perdida de volumen debajo de edificios sensibles;  Requisitos relacionados con las inspecciones visuales de los edificios más vulnerables desde que la TBM se acerca a los mismos hasta que se alcanza la estabilización de los asentamientos;  Requisitos para las evacuaciones temporales en situaciones de emergencia. El PAT facilita el trabajo de los operarios y técnicos “in situ” ya que toda la información relevante se actualiza y se resumen en documentos cortos y sintéticos, en lugar de que se disemine en los diferentes documentos del proyecto. Al equipo de construcción se le debe facilitar siempre los documentos del PAT, después de que el contenido se haya discutido y acordado con el cliente. En este momento, el PAT se convierte en una guía “viva” para la construcción del túnel. Se utiliza para actualizar los parámetros clave en base al seguimiento diario y en tiempo real de los datos y sirve como apoyo a la toma de decisiones cuando surgen situaciones anormales. Todas las partes implicadas están, por lo tanto, seguras de que la construcción se está llevando a cabo de forma controlada. 2.3.1. Algunos ejemplos de la aplicación con éxito del PAT Línea 1 del Metro de Oporto Una breve descripción del proyecto: El Metro de Oporto tiene una longitud de 70 kilómetros en la segunda ciudad más grande de Portugal que conecta Oporto con siete municipios. Esta formado por dos secciones subterráneas: 2.6 km de túnel para la línea C y 3.5 km para la línea S. Los dos túneles se están construyendo con dos Herrenknecth EPB-TBMs. Los diámetros interiores de los túneles son de 7.80 m y 8.00 m, y ambos están formados anillos cónicos con 6+1 (clave) dovelas,
  20. 20. TEMA DE TESIS: TBM APLICADO A LA CONSTRUCCION DEL METRO DE LIMA UNI FIC GESTIONTECNOLOGICAYEMPRESARIAL 2 0 de 1.40m de largo y 300 mm de espesor. Los anillos cónicos permiten la excavación con radios mínimos de curvatura de 200 m. El rango de cobertura es de 15 a 30 m, con un mínimo de 3-4 m en la parte final de la línea C, donde el túnel pasa por debajo de los edificios existentes (véase Figura 1). El suelo esta compuesto principalmente por rocas ígneas pertenecientes a la formación de “Granito do Porto” (Figura 3). A menudo se encuentra material aluvial degradado por encima del granito, debido a la presencia de varios cursos de agua, la mayoría de ellos están enterrados por la intensa urbanización de la zona. El perfil de meteorización del granito es complejo y se caracteriza por la presencia irregular de bloques complicado por estructuras como fallas, pegmatitic “dykes”, horizontes fracturados, etc. El granito muestra condiciones geotécnicas altamente variables, incluso dentro del alcance del limitado ámbito. El nivel freático se localiza entre los 10 y 25m por encima del túnel y sigue aproximadamente la morfología de la superficie. Las investigaciones geotécnicas realizadas antes de la construcción no pusieron de manifiesto la existencia de múltiples niveles freáticos ni condiciones artesianas. El gradiente hidráulico varía en la zona del proyecto del orden del 1,5% al 6%,dependiendo de la permeabilidad local del terreno. El río Duero, que corre hacia el Sur, tiende a bajar el nivel freático en la zona. La zona urbana de Oporto se divide en diferentes cuencas hidrográficas de pequeño tamaño, normalmente limitadas por depósitos aluviales de los antiguos cursos de agua ahora enterrados. Se encuentran un gran numero de antiguos pozos y “minas” (antiguos, artesanales y pequeños túneles de agua), que en gran medida influyen en el flujo del agua subterránea, también a nivel local, y que constituyen canales preferenciales para la circulación del agua subterránea. La construcción del metro interfiere con una zona urbana densamente poblada, con más de 1300 edificios en la zona de influencia de la construcción, incluyendo importantes edificios como es el caso del Ayuntamiento. Los muros exteriores de varios edificios históricos, así como algunos edificios antiguos decorados con azulejos de cerámica son muy sensibles a las vibraciones y a los asentamientos del terreno. Se realizó un detallado estudio del estado actual para todos los inmuebles y los servicios públicos inspeccionables de la zona. Después se realizó una evaluación de riesgos como datos de entrada para el diseño de las medidas preventivas. Se puso en marcha un sistema de control para controlar los efectos producidos por los túneles y para activar las contra medidas.
  21. 21. TEMA DE TESIS: TBM APLICADO A LA CONSTRUCCION DEL METRO DE LIMA UNI FIC GESTIONTECNOLOGICAYEMPRESARIAL 2 1 La aplicación del PAT: Después de algunos accidentes iniciales, que provocaron un gran estancamiento en las obras, los tres factores claves que fueron identificados como esenciales para el re-inicio de la construcción de los túneles y la culminación exitosa de las obras fueron: Elaboración de un detallado Plan de Avance del Túnel (PAT) para cada tramo del túnel, de modo que todos los parámetros de diseño y las cuestiones relacionadas con los túneles se aborden de manera efectiva antes de la excavación de cada tramo; Aplicar procedimientos de trabajo que abarquen todas las fases de las obras y aseguren que las operaciones de la TBM se llevan a cabo de forma controlada y segura; Creación de un equipo de seguimiento entre el Contratista y el Proyectista que gestione el proyecto y el proceso de construcción; En el diseño se abordaron las siguientes cuestiones principales: Definición de los correctos parámetros para el funcionamiento de la TBM con el objetivo de reducir al mínimo el volumen perdido al frente; Estimación de la forma y extensión de la curva de asentamientos prevista Evaluación de los limites aceptables para las deformaciones de los edificios; Definición de las medidas preventivas y de las correctoras. Para abordar en detalle todos estos temas en el caso de Oporto, el PATse ha aplicado a tramos del túnel de corta longitud, de 200 m a 1 km, y se han incluido los siguientes documentos: Informe sobre la campaña de investigación geológica y su interpretación; informe sobre los riesgos de asentamiento de los edificios;
  22. 22. TEMA DE TESIS: TBM APLICADO A LA CONSTRUCCION DEL METRO DE LIMA UNI FIC GESTIONTECNOLOGICAYEMPRESARIAL 2 2 informe y dibujos sobre el control y la supervisión de las estructuras subterráneas y los edificios en superficie; informe sobre la evaluación de los parámetros de funcionamiento de la TBM; perfil geotécnico con indicación de los parámetros de funcionamiento de la TBM. Informe Resumen del PAT: Hacia el final de cada tramo, la experiencia adquirida se resumió en específicos documentos de análisis que ayudaron a optimizar los tramos sucesivos. Por lo tanto, se puso en práctica un proceso de mejora continuo. Además de las “tradicionales” informaciones de diseño, tales como evaluaciones geológicas, cálculos estructurales, etc, se entregó un conjunto de específicos parámetros de funcionamiento de la TBM: Presión en el frente; Densidad aparente del material en la cámara; Peso del material extraído en cada anillo; Presión y volumen de las inyecciones para el relleno del hueco anular; Presión y volumen de la bentonita adicionada. El PAT facilitó un resumen de los parámetros de trabajo de la TBM y se le entregó al equipo de la TBM con una forma sencilla llamada “Hoja de Excavación”. En tiempo real y con el análisis de las actividades, las hojas de excavación se actualizan continuamente en base a las condiciones que se han encontrado realmente, de modo que el PAT se podría considerar como un documento “vivo”. La aplicación del PAT y su continua actualización demuestran que se trata de una herramienta muy efectiva ya que las condiciones geológicas y los parámetros de diseño de la TBM se dan con antelación junto con la instrumentación y los requisitos de control. Con el fin de garantizar que las operaciones de la TBM se llevaron a cabo de forma coherente y de manera controlada, se llevó a cabo un cuidadoso y detallado procedimiento de trabajo, que abarcaba las siguientes actividades esenciales: Avanzar y sostener el frente, una practica habitual para mantener siempre un adecuado soporte del frente; Control de la presión del frente (ver, por ejemplo, Figura 4), así como la definición de medidas excepcionales para hacer frente a situaciones anómalas; Inyección de lechada longitudinal primaria (y, cuando sea necesario, secundario); Erección de los anillos (incluida la eventual reparación de los mismos); Perforaciones de investigación en avance; Mantenimiento de la cabeza de corte; Calibración de las escalas de peso del material extraido.
  23. 23. TEMA DE TESIS: TBM APLICADO A LA CONSTRUCCION DEL METRO DE LIMA UNI FIC GESTIONTECNOLOGICAYEMPRESARIAL 2 3 Las obras fueron gestionadas y supervisadas por un equipo de especialistas, de parte del Contratista y del Proyectista, quienes integraron plenamente sus competencias con el objetivo de lograr el mayor rendimiento de la TBM de conformidad con las más restrictivas normas de inocuidad y calidad, así como la general optimización de los costes. Los especialistas por parte del proyectista eran “resident engineers”, cuya misión era proporcionar el proyecto y supervisar las obras, dando una asistencia especializada en obra (en especial garantizando la seguridad y la calidad de las obras según el proyecto del contrato y los requisitos contractuales), también se encargaron de la continua interpretación de la interacción entre TBM y terreno. Los especialistas de parte del contratista se centraron en la producción y en cuestiones de organización. Un detallado sistema de control y vigilancia, incluida una instrumentación geotécnica superficial y profunda, así como el control de las edificaciones existentes, suministraron la información sobre la respuesta del terreno y de los edificios existentes ante la construcción del túnel. Las frecuencias de las lecturas fueron revisadas según las necesidades, con el fin de facilitar el “back- analysis” .
  24. 24. TEMA DE TESIS: TBM APLICADO A LA CONSTRUCCION DEL METRO DE LIMA UNI FIC GESTIONTECNOLOGICAYEMPRESARIAL 2 4 Nudo de la ciudad de Bolonia (Italia) Descripción del proyecto El nuevo ferrocarril para la alta velocidad Milan-Napoles, que cruza un área intensamente urbanizada como la de la ciudad de Bolonia, se prevé por larga parte en subterráneo. El proyecto se desarrolla entre el estribo norte del puente Savena (km 0+000), en la parte sur de la ciudad, y la nueva Estación Central de Ferrocarril (km 7+375) de Bolonia. La nueva línea está constituida principalmente de las siguientes infraestructuras: 1) Túnel realizado en trinchera y pozo de lanzamiento (para las TBMs), a doble vía, desde el km 0+000 hasta el km 0+958; 2) Dos túneles EPB (túneles “Pares” e “Impares”), a una vía, diámetro de 9,4m, desde el km 0+958 hasta el km 7+075; 3) Un pozo de emergencia (pozo de “Via Rimesse”), ubicado en el km 4+820, y un pozo para la ventilación, ubicado en el km 6+857; 4) Un pozo de transición, para la salida de la TBM en la fase de excavación, y futura área de estacionamiento “Bolonia”; 5) Un túnel excavado con método NATM, a doble vía, desde el km 7+235 hasta el km 7+350, el cual conecta el pozo de transición con la Estación Central. La excavación del primer túnel EPB inició en Julio del 2003 y el segundo en Noviembre del mismo año. Los dos túneles se terminaron al finales de Mayo del 2006. Las condiciones del suelos a excavar eran muy heterogéneas, y en particular comprendían arcillas blandas de origen marino y depósitos aluviales de arena y
  25. 25. TEMA DE TESIS: TBM APLICADO A LA CONSTRUCCION DEL METRO DE LIMA UNI FIC GESTIONTECNOLOGICAYEMPRESARIAL 2 5 grava. En la primera parte del trazado, hasta el km 2+150, los túneles se realizaron en arcilla marina y depósitos de arena suelta (Arcilla Pleistocenica y Arena amarilla Pleistocenica) por debajo del nivel freático, mientras la secunda parte consistía en depósitos fluviales del río Savena, principalmente estratos de gravilla y arena con un alto porcentaje de finos (lentes de arcilla y limos). El trazado se subdividía en nueve zonas homogéneas, en base a las condiciones dominantes del terreno. La heterogeneidad del terreno a excavar representó un aspecto crítico del proyecto, porque las condiciones de excavación, en términos de asentamientos superficiales y comportamiento general de la TBM, variaban muy rápidamente. La excavación de los dos túneles se inició en la obra de S.Ruffillo, al sur de Bolonia, desde el km 0+960 hasta el km 1+500, pasando por debajo de una estación hidroeléctrica y de un centro comercial recientemente construido. Aproximadamente desde el km 1+500 hasta el km 7+075 el trazado se desarrolla por debajo de uno de los ferrocarriles más importantes de Italia, la línea entre Bolonia y Florencia, la cual corre sobre un terraplén de altura relevante (Figura 5). La cobertura media del terreno variaba de 15 hasta 21m (respecto a la base del terraplén), con un valor mínimo de 5m en los primeros 100m de excavación. El Contratista seleccionó dos tuneladoras iguales del tipo EPB (Fig.6), teniendo en cuenta las condiciones geotécnicas y geológicas (terreno muy variable y presencia de grava con diámetro de hasta 100mm). Los dos túneles, de diámetro 9,4m, son paralelos durante la mayor parte del trazado (hasta el km 6+650 aproximadamente), y la distancia entre los ejes es de 15m. El poco espesor del pilar entre los dos túneles, representó uno de los aspectos más críticos de la excavación.
  26. 26. TEMA DE TESIS: TBM APLICADO A LA CONSTRUCCION DEL METRO DE LIMA UNI FIC GESTIONTECNOLOGICAYEMPRESARIAL 2 6 CAPITULO 3 Productividad de las máquinas tuneleras tipo tbm vs tipo de roca Las máquinas tuneleras tipo TBM son equipos de minado continuo diseñados para la excavación de túneles circulares hasta más de 15 m de diámetro actualmente. La utilización de estas máquinas en sustitución del método convencional de perforación y voladura, es cada vez más frecuente, inclusive en nuestro país, dado que desde la primera aplicación en el proyecto Car- huaquero (Chiclayo) a inicios de la década de 1980, pasaron casi 18 años para la siguiente aplicación en el proyecto Chimay (1998-1999); luego entre los años 2000-2004 en proyecto hidroeléctrico de Yuncán, se aplicaron 2 TBM (sólo un año después de la aplicación en Chimay) y actualmente en el proyecto trasvase Olmos, se viene aplicando una TBM desde el 2007. Ello demuestra sin duda, que la aplicación de las TBM es prominente en el presente siglo. Este artículo está basado en el estudio realizado en el proyecto hidroeléctrico de Yuncán, a la TBM MK 12 durante casi dos años (desde su montaje hasta su operación). En este proyecto, esta TBM trabajó con un diámetro de 4,10 m, y durante la excavación atravesó distintos tipos de rocas, predominando entre ellas la roca alterada que sumado a la gran afluencia de agua, se tuvo bajos rendimientos de esta TBM, invirtiéndose el mayor tiempo en sostenimiento de la roca, inclusive algunos días sin avance alguno. 3.1. LA MÁQUINA TUNELERA MK 12: La máquina tunelera TBM MK12 –50– 1 φ 4.10 está diseñada para trabajar en roca dura. Su diámetro original fue de 3,90 m y con ella se excavó un túnel en Italia. Fue entregada a este país en 1993, donde llegó a excavar únicamente 600 m de túnel, su operación fue suspendida por problemas geológicos y tuvo que ser retirada del frente. Para su utilización en el proyecto hidroeléctrico de Yuncán (Paucartambo II), el cabezal fue redimensionado por la firma Robbins en 1999, a 4,10 m de diámetro, como muestra la fotografía N.° 1. Fue traída al Perú (Lima), a inicios del 2000. El ensamblaje total se llevó a cabo bajo la dirección de Robbins en el pórtico de la ventana de acceso a Penstock 1 del citado proyecto. El montaje concluyó el 16/02/01, día en que se hizo la primera excavación de prueba. La operación de esta máquina estuvo afectada por una serie de factores, entre ellos, los problemas geológicos (fallas, terreno fractura y deleznable, problema de agua, etc.). Las principales especificaciones de la TBM MK 12, se detalla a continuación (Robbins, 2008):
  27. 27. TEMA DE TESIS: TBM APLICADO A LA CONSTRUCCION DEL METRO DE LIMA UNI FIC GESTIONTECNOLOGICAYEMPRESARIAL 2 7 3.2. RESEÑA DEL PROYECTO HIDROELÉCTRICO DE YUNCÁN (PAUCARTAMBO II). El proyecto hidroeléctrico de Yuncán está ubicado en el distrito de Paucartambo de la provincia de Pasco. Las obras civiles de este proyecto fueron ejecutadas por la Asociación SKANSKA, COSAPI Y CHIZAKI (SKA- COCHI), encabezado por SKANSKA entre los años 2000 y 2005. La construcción de este proyecto fue para generar 130 MW de energía eléctrica. Es un proyecto típico de caída de agua del flujo de dos ríos, Huachán y Paucartambo, descargando la confluencia de éstos, en la casa de máquinas (Santa Isabel), para incrementar la generación de energía eléctrica en 3,5% a la red nacional. La excavación de los tramos largos de los túneles se hizo con 2 TBM. El túnel de aducción N.º1, de la Ventana N.º 2 hacia la presa de Uchuhuerta, con una longitud cercana a los 9995 m, se excavó con la TBM Atlas Copco FORO 900S de 3,50 m de diámetro; y parte del túnel de aducción N.º 4 de 7009,94 m de longitud (entrando por la ventana de acceso a Penstock 1 hacia la presa de Huallamayo), se excavó con la máquina tunelera TBM MK12 con 4,10 m de diámetro. 3.3. CLASIFICACIÓN DEL MACIZO ROCOSO. La clasificación del macizo rocoso para los fines de la excavación y sostenimiento, el Departamento de Geología elaboró considerando tres factores: intemperismo, dureza y espaciamiento de las junturas (ver cuadro N.º 1) (Skanska, 2000). Ejemplo, para una roca ligeramente intemperizada masiva, dura y con fracturas con más de 50 cm de espaciamiento, la roca sería clasificada como “2BII”. Estableció además, que la clasificación sería como: “A”, “B”, “CH”, “CM”, “CL” y “D” (ver cuadro Nº 2), siendo así, para el ejemplo anterior la clasificación correspondiente sería “B”. La fotografía N.º 2 muestra el frente de excavación en roca dura y masiva, tipo “B”, observándose los surcos muy superficiales descritos por los cortadores. Asimismo, la fotografía N.º 3 muestra el frente de la excavación en una roca tipo “CM”, en la que se aprecian los surcos profundos y muchas veces no bien definidas. III. OPERACIÓN Y PRODUCTIVIDAD DE LA TBM MK 12. 3.4. ESTUDIO DE TIEMPOS Y MOVIMIENTOS. Durante la operación de la TBM MK 12, a fin de llevar un adecuado control de las actividades y el tiempo que demanda cada una de ellas, durante una guardia y día completos, se establecieron una serie de formatos, entre ellos: Formato para el reporte del operador, formatos de reporte mecánico, formato de la actividad horaria del TBM, entre otros, a fin de llevar el control las 24 horas del día, de las actividades y el tiempo empleado. El operador reportaba las actividades cada 10 minutos, en un formato diseñado incluyendo los tiempos agrupados en operación propiamente (excavación, reinicio, etc.), back up (transporte de desmonte, falta de energía, etc.), y misceláneos (perforación
  28. 28. TEMA DE TESIS: TBM APLICADO A LA CONSTRUCCION DEL METRO DE LIMA UNI FIC GESTIONTECNOLOGICAYEMPRESARIAL 2 8 de sondaje, sostenimiento de roca, entre otros). Asimismo, debería reportar la posición del láser en las tarjetas reticuladas (frontal y posterior), y la presión de empuje (thrust), etc. En el formato de control de la actividad global del TBM, se llevaba el control cada media hora durante las 24 horas del día (2 guardias); de tal forma que se iba compilando día a día durante todo el mes las actividades y paradas de la TBM. Se llegó a identificar al menos 50 factores de tiempo que afectaban la operación de la TBM. Fotografía N.° 3: Frente de excavación en roca suave.
  29. 29. TEMA DE TESIS: TBM APLICADO A LA CONSTRUCCION DEL METRO DE LIMA UNI FIC GESTIONTECNOLOGICAYEMPRESARIAL 2 9 3.4. ANÁLISIS DE LA PRODUCTIVIDAD DE LA MÁQUINA TUNELERA MK 12. En esta parte se detalla todos los parámetros y factores que afectaban el rendimiento de la TBM MK12, en el proyecto hidroeléctrico de Yuncán (Pau- cartambo II). Asimismo, se analiza la velocidad de corte, el ciclo de excavación considerando todas las actividades involucradas en su operación y especial- mente su rendimiento en función del tipo de roca. 3.4.1. VELOCIDAD DE CORTE O AVANCE. La velocidad de corte o avance se ve más afectada por los factores geológicos y de roca que por otros factores. En resumen, los avances alcanzados por día y por mes durante los meses de febrero a octubre del año 2001, donde se pueden destacar los récords alcanzados por guardia, día y mes. La mejor guardia fue la guardia de día del 25/07/01 con un avance de 32.45 m; el mejor día fue el 24/07/01 con 48,60 m; y el mejor mes fue abril de ese año con 278,05 m. 3.4.2. TIEMPO NETO DE EXCAVACIÓN. Es el tiempo que realmente está excavando la TBM, los resultados del estudio ilustra el gráfico N.º 1. Como se ha indicado anteriormente, el rendimiento de la TBM estuvo mayormente afectado por el tipo de roca. Dentro de los análisis, se ha hecho lo propio respecto al tiempo neto de excavación, tiempo de sostenimiento de roca, velocidad de penetración, penetración por giro, presión de empuje del cabezal y el tiempo total por metro de avance. Cuanto más autosoportante fue la roca, el tiempo neto de excavación también fue mayor. Asimismo, la TBM atravesó distintos tipos de roca, desde “B” hasta “D” según la clasificación presentada en el cuadro N.º 2. Del gráfico N.º 1 se desprende que si la roca fuera tipo “A” (totalmente masiva y dura), el tiempo neto de excavación bordearía las 11 horas, que en porcentaje sería 45% de las horas nominales por día. Por el contrario, si el tipo roca fuera tipo “D” (roca suave, deleznable o muy fracturada), el tiempo neto de excavación alcanzaría tan solo 0,18 hr/día o 0,74% de las horas nominales por día, sumamente bajo.
  30. 30. TEMA DE TESIS: TBM APLICADO A LA CONSTRUCCION DEL METRO DE LIMA UNI FIC GESTIONTECNOLOGICAYEMPRESARIAL 3 0 PRODUCTIVIDAD DE LA TBM MK 12 EN FUNCIÓN DEL TIPO DE ROCA. El gráfico N.º 2 resume el seguimiento del avance TBM MK 12, para los distintos tipos de terreno que atravesó durante los 9 meses que operó en el proyecto Yuncán. Del ábaco se concluye que concluye que si la roca fuera tipo “A”, se pueden alcanzar avances promedios superiores a los a los 25 m/día; por el contrario, si el terreno fuera totalmente deleznable y suave, el avance promedio es sumamente bajísimo como 0,31 m/día. TIEMPO POR SOSTENIMIENTO DE LA ROCA. El tiempo por sostenimiento de la roca fue sumamente elevado cuando la TBM atravesaba terreno pobre, alcanzando las 18 hrs/día (75% de las horas nominales del día). En cambio en terrenos duros y competentes, este tiempo fue sumamente bajo o inexistente, tal como muestra el Gráfico N.º 3. Estos resultados confirman una vez más que los estudios geológicos y geomecánicos certeros, sirven para seleccionar una adecuada TBM, sea para roca dura, con escudo o doble escudo; dado que en terrenos deleznables y siendo la TBM descubierta se corre el riesgo de tener un avance prácticamente nulo, afectar sus partes expuestas por colapso del terreno e inclusive sufrir un sepultamiento, como lo ocurrido con la TBM MK 12 en Yuncán en diciembre de 2001.
  31. 31. TEMA DE TESIS: TBM APLICADO A LA CONSTRUCCION DEL METRO DE LIMA UNI FIC GESTIONTECNOLOGICAYEMPRESARIAL 3 1
  32. 32. TEMA DE TESIS: TBM APLICADO A LA CONSTRUCCION DEL METRO DE LIMA UNI FIC GESTIONTECNOLOGICAYEMPRESARIAL 3 2 CAPITULO 4 CONSIDERACIONES QUE SE DEBE DE TENER EN EL USO DE LA TBM 4.1. VELOCIDAD DE ROTACIÓN La velocidad de rotación, está en función del diámetro del cabezal. Cuanto más grande es el cabezal, la velocidad de rotación es menor. La velocidad de rotación viene casi establecida de la fábrica, en las “TBMs” de la última generación, puede regularse automáticamente en infinitos valores dentro de un rango. 4.2. DISPONIBILIDAD DE ENERGIA La energía que requieren la operación de estas máquinas, es de alta tensión (ejemplo 22 KV), lo cual implica el tendido de líneas de alta tensión, hasta la portada del túnel, de donde se baja a 10,5 KV, llegando con esta tensión a los transformadores instalados sobre el back-up de la “TBM” en interior del túnel, estación donde se bajan a tensiones a 660 V y 440 V, para el accionamiento de los motores principales de la “TBM” (motores de rotación), bombas hidráulicas de la “TBM” y perforadoras auxiliares para sondaje y sostenimiento. 4.3. DISPONIBILIDAD DE PERSONAL CALIFICADO El personal requerido para la operación de las máquinas tuneleras, es de alta especialización y experiencia. Los operadores deben tener una vasta experiencia o recibir un entrenamiento con mucha anticipación para operar y guiar la máquina en dirección correcta y obtener los rendimientos esperados. Una mala maniobra de la “TBM”, puede tener consecuencias desastrosas tanto para la propia máquina como el personal que labora junto a la“TBM”, debido a sus dimensiones y la gran energía involucrada para su funcionamiento. Del mismo modo, los mecánicos y electricistas deben ser capacitados para su mantenimiento y reparación adecuada y oportuna. El personal de apoyo, también debe recibir charlas de inducción, sobre los trabajos específicos que tienen que desarrollar. Velando sobre todo por la seguridad, dado que todas las partes móviles del equipo, son fuentes potenciales de accidentes, sobre todo las fajas o cadenas de evacuación de escombro. 4.4. LONGITUD DE EXCAVACIÓN PREVIA A LA INTRODUCCIÓN DE
  33. 33. TEMA DE TESIS: TBM APLICADO A LA CONSTRUCCION DEL METRO DE LIMA UNI FIC GESTIONTECNOLOGICAYEMPRESARIAL 3 3 UNA TBM Se refiere a la longitud de excavación inicial que se requiere realizar con el sistema convencional de perforación y voladura, a fin de prevenir zonas intemperizadas o falladas cercanas a la superficie. En el caso de las “TBMs”, sirve para proporcionar el apoyo inicial a los grippers. Esta excavación previa, puede ser construida por los extremos del túnel principal, a través de una ventana o piques, entre otros, para crear más frentes de excavación. La longitud de la excavación previa con “Perforación y Voladura”, también está en función del sistema de transporte principal de escombro a aplicarse durante la operación de la “TBM”. Es decir, si la “TBM” va a operar con locomotoras se requerirá menor longitud de excavación preliminar que con el sistema de fajas. En cualquiera de los casos indicados, en el extremo de la excavación previa con “P&V”, se construye una losa de arranque de la “TBM”, con un radio de curvatura igual al del cabezal, lo cual sirve de apoyo inicial a la máquina, como ilustra la fotografía. En este extremo también se hacen todos los ajustes y pruebas, antes que la “TBM” empiece a excavar. Fotografía: Gripper posterior izquierdo de la “TBM MK 12”
  34. 34. TEMA DE TESIS: TBM APLICADO A LA CONSTRUCCION DEL METRO DE LIMA UNI FIC GESTIONTECNOLOGICAYEMPRESARIAL 3 4 4.5. SERVICIOS REQUERIDOS 4.5.1. SERVICIO DE AGUA: El agua requerido para mitigar el polvo durante la excavación mediante atomizadores instalados en el cabezal, para la perforación auxilia (sondajes y sostenimiento), lavado de las paredes del túnel para aplicar shotcrete y lavado de la “TBM” después de la aplicación del shotcrete. Asimismo, el agua se requiere para refrigerar los motores principales de la “TBM”, extractores de polvo, etc. Para abastecer la cantidad de agua a una adecuada presión, precisa instalar tanques y bombas dentro del túnel. 4.5.2 SERVICIO DE VENTILACIÓN: La ventilación en la excavación con tuneleras, es normalmente forzada, con ventiladores instalados en serie cerca de la portada del túnel. El aire insuflado, además de servir para la respiración del personal, sirve como medio de refrigeración del ambiente de trabajo, donde el incremento de temperatura se da por distintos factores, como la gradiente geotérmica, funcionamiento de la máquina, etc. La extensión constante de la manga de ventilación, como avanza la excavación, se hace mediante el cassette de la manga cuya función es almacenar 100 m de manga e ir extendiendo automáticamente como avanza la “TBM”. 4.5.3 SERVICO DE AIRE COMPRIMIDO: El aire comprimido es requerido por las perforadoras manuales (taladros para sostenimiento, instalación de cáncamos, hacer anclajes, etc.), aplicación del shotcrete, taller local, etc. Para el abastecimiento de aire comprimido, precisa instalar un compresor estacionario en la parte exterior de la excavación y conducirlo por tuberías al interior del túnel. 4.5.4 SERVICIO DE LOCOMOTORAS: Se puede decir que las locomotoras son parte de las tuneleras, dado que cumplen una función vital como: Transporte de personal, equipos auxiliares, materiales, herramientas, etc al frente de trabajo; transporte de material de sostenimiento (dovelas, equipo de shotcrete, shotcrete, pernos, mallas, cimbras, etc.); cuando la tunelera no trabaja con sistema de fajas para la extracción del escombro, se convierte en el transporte principal.
  35. 35. TEMA DE TESIS: TBM APLICADO A LA CONSTRUCCION DEL METRO DE LIMA UNI FIC GESTIONTECNOLOGICAYEMPRESARIAL 3 5 Capitulo 5 Proyectos realizados con una “TBM” en el Perú y el Mundo 5.1. OlmosTúnelTrasandino Viga principal TBM túneles por debajo de la cubierta alta dela Cordillera de los Andes Tipo de la máquina Cuerpo de TBM haz Diámetro 5,3 m (17,4 pies) Del tipo de túnel Transferencia de Agua Longitud del túnel 13.9 kilometros (8.6 millas) Propietario Gobierno Nacional del Perú y el Gobierno Regional de Lambayeque Contratista Odebrecht Perú Ingeniería y Construcción, SAC (OPIC) Localización Olmos, Perú
  36. 36. TEMA DE TESIS: TBM APLICADO A LA CONSTRUCCION DEL METRO DE LIMA UNI FIC GESTIONTECNOLOGICAYEMPRESARIAL 3 6 Descripción delproyecto El túnel Trasandino Olmos ha sido más de 100 años en la fabricación, con varios intentos realizados en los años 1950 y practicando técnicas de explosión. El túnel, de más de 20 km (12 millas) de largo en total, será la transferencia de agua desde el río Huancabamba en el lado oriental de los Andes hasta las zonas viajado a la sequía en la cuenca del Océano Pacífico a través de un túnel excavado a través de la división continental. La primera fase también incluye una m (140 pies) de alto presa 43 desviar el río Huancabamba, cerca del pueblo de San Felipe a través de las montañas hasta el seco río Olmos en el lado Pacífico. Una vez que la primera fase del proyecto del túnel está en funcionamiento, el régimen de suministro de más de 2 millones de metros cúbicos (500 mil millones de galones) de agua anualmente para el riego de 560 km2 (130.000 acres) de tierras de cultivo. Las fases a seguir incluirá por lo menos dos perforar más y túneles explosión, dos centrales hidroeléctricas generadoras de 600 MW cada uno, y un sistema de canales para filtrar el agua a lo largo de la costa. En julio de 2004, el general contratista Concesionaria Trasvace Olmos, SA ganó una de 20 años de construcción-operación de concesión de la peruana Gobierno Nacional y Regional de Lambayeque Gobierno.En marzo de 2007, los 5,3 m (17,4 pies) tuneladora Robbins se puso en marcha para la sub-contratista Odebrecht Perú Ingeniería y Construcción, SAC (OPIC). La tuneladora ha sido diseñado para perforar un kilómetro 13,9 (8,6 millas) de largo túnel a través de la Cordillera de los Andes por debajo de hasta 2.000 m (6.500 pies) de duro, lo que podría apretar roca. Geología y Diseño de máquinas La máquina es aburrido en geología compleja que consiste de pórfido de cuarzo, andesita, toba y de 60 a 225 MPa (8.700 a 32.600 psi), UCS. Más de 400 líneas de falla están presentes a lo largo de la ruta del túnel, incluyendo dos líneas de falla principales a unos 50 metros (160 pies) de ancho. La sobrecarga ha creado otro problema - las altas temperaturas en el túnel de más de 54 grados Celsius (130 grados Fahrenheit). Para hacer frente a las altas temperaturas Robbins diseñó la máquina con un único y ventilación de aire del sistema de refrigeración. Dos sistemas de interacción se utilizan para enfriar el túnel a 32 grados Celsius (90 grados Fahrenheit) o por debajo. La
  37. 37. TEMA DE TESIS: TBM APLICADO A LA CONSTRUCCION DEL METRO DE LIMA UNI FIC GESTIONTECNOLOGICAYEMPRESARIAL 3 7 elevación del sitio de trabajo de alto (1.080 m / 3.500 pies) se traduce en aire menos denso y menos capacidad de transferencia de calor por metro cúbico de aire, por lo que los dos sistemas permiten a soplar más aire dentro del túnel para un máximo efecto de enfriamiento. Excavación deltúnel A partir de finales de 2008, la tuneladora entró en las secciones de la cubierta alta, donde los equipos grandes y experimentados overbreaks cathedralling, junto con más de 10.000 eventos de rock grabado ruptura que no pudo ser contenida con malla de alambre, pernos de anclaje y vigas de anillo. Para mejor contener la roca fracturada, Robbins y Odebrecht elegidos para hacer los cambios mediante la instalación de un nuevo tipo de apoyo en tierra TBM. Dedos de la máquina techo protector se retira y se sustituye con el apoyo del sistema McNally (ver foto a la derecha). El sistema McNally obras de sustitución de la placa del protector del dedo curvado para un conjunto de curvas de los bolsillos de rectangular secciones. Las bolsas se extienden axialmente desde el lado posterior de la cabeza de corte con el apoyo del cabezal de corte, en el área donde los ejercicios techo puede funcionar. Antes de que un accidente cerebrovascular TBM, listones tripulaciones de diapositivas de metal o de madera en los bolsillos, de manera que los listones son dos filas de profundidad dentro de cada bolsillo. Los extremos de los listones sobresalen de los bolsillos y se atornillan en el techo del túnel con una correa de acero. Como los avances de la máquina, las lamas se sacan de los bolsillos y continuamente atornillado al techo usando correas posteriores. Lamas se vuelven a cargar y se utiliza para la longitud del túnel para evitar la deformación y la caída de rocas. Túnel a través de la roca fracturada y roto también creó un desgaste indebido en la cabeza de corte. Para hacer frente al problema, los ingenieros Robbins agregó 19 mm (0,75 pulgadas) placas de desgaste de espesor y 50 mm (2,0 pulg) de espesor barras cuadradas, conocido como 'Bumerang', delante de cada cortador. El boomerang proteger a cada centro de corte de la roca en bloques y estallando en la cara. Puesto que las modificaciones se hicieron a la tuneladora, las tasas de avance han mejorado constantemente, con la taladradora hasta 674 m (2.211 pies) por mes. La mejora de las tasas son aún más notable teniendo en cuenta dos inundaciones peligrosas locales en abril de 2008 y marzo de 2009, que tanto inundan el sitio con más de un metro de barro y acabó con las vías de acceso. En noviembre de 2009, el equipo había avanzado unos 9.500 metros (31.168 pies), o el 68% de la longitud del túnel completo. Todos los túneles se espera que esté finalizado en el verano de 2011. Actualizaciones de este proyecto serán publicados tan aburrido continúa.
  38. 38. TEMA DE TESIS: TBM APLICADO A LA CONSTRUCCION DEL METRO DE LIMA UNI FIC GESTIONTECNOLOGICAYEMPRESARIAL 3 8 Rendimiento del Método clásico (antiguo Belga) El rendimiento medio que debe ser considerado para el Método Clásico no debe superar un avance por día de 3 turnos, es decir, un avance en 24 horas. El avance normal puede tomarse como 2.5 metros. Para el rendimiento global medio no deben considerarse los sábados ni fines de semana, y en estas condiciones, a 5 anillos por semana, puede considerarse un avance medio de 50 metros/mes por frente de trabajo. Este rendimiento está suficientemente comprobado en los 80 años en que lleva utilizándose el método en los suelos de Madrid, y es el realmente obtenido ahora al finalizar los trabajos de túneles de la Ampliación. Rendimiento de las tuneladoras EPB El rendimiento considerado para las EPB de la ampliación fue de 400 metros al mes de túnel terminado. En el gráfico adjunto (Figura 1) pueden verse los rendimientos reales, que se acercan mucho al previsto.
  39. 39. TEMA DE TESIS: TBM APLICADO A LA CONSTRUCCION DEL METRO DE LIMA UNI FIC GESTIONTECNOLOGICAYEMPRESARIAL 3 9 En general las especificaciones exigidas al fabricante, como en el caso de las 4 tuneladoras grandes de la ampliación del Metro de Madrid, fijan unos tiempos de 20 minutos para excavación y 20 minutos para la colocación del anillo. La velocidad de avance de los gatos principales es como máximo de 8 centímetros por minuto en posición de excavación. Esta velocidad, para los 150 centímetros de longitud de anillo, da 18 minutos y 45 segundos. Estos 20 minutos a su vez dan 40 minutos por anillo, y si no hubiera pérdidas podrían hacerse 12 avances en los 480 minutos de un turno. Llevado al extremo de capacidad teórica, en un día de tres turnos, con 20 horas útiles (dejando 4 horas para pequeños mantenimientos diversos) podrían hacerse 30 anillos o avances. Con 6 días por semana y 4.3 semanas por mes se obtendrían en teoría 770 avances al mes. Siendo 1.5 metros la longitud de cada avance, supone 1.155 metros/mes. Aunque esto pueda parecer exagerado, se han obtenido rendimientos de este orden de magnitud en varias
  40. 40. TEMA DE TESIS: TBM APLICADO A LA CONSTRUCCION DEL METRO DE LIMA UNI FIC GESTIONTECNOLOGICAYEMPRESARIAL 4 0 ocasiones. Los 1.000 metros mes han sido superados, por ejemplo, en el túnel del trasvase Guadiaro-Majaceite por FCC y Dragados en los meses siguientes: Abril 96 1.064 m Agosto 96 1.276 m Septiembre 96 1.131 m Noviembre 96 1.335 m Diciembre 96 1.008 m Enero 97 1.100 m Bien es verdad que esta máquina, por sus especiales características, no paraba la excavación durante la colocación del revestimiento. Tras terminar este túnel, la tuneladora "Isabel" pasó a otro túnel en Ecuador, cerca de la presa de Daule, donde ha llegado a los 1.650 metros / mes. Ahora está pasando a Sudáfrica a seguir batiendo récords, entendemos. Los rendimientos medios de las tuneladoras inglesas (abiertas) y la francesa Mar Tren N del Canal de la Mancha fueron los siguientes: TUNEL FABRICANTE DIAM Long.Km COMIENZO FIN Metros/Mes UK Mar Tren N Robbins- Markham 8,50 18,0 15-feb-89 01- may- 91 671 UK Mar Tren S Robbins- Markham 8,50 19,0 15-mar-89 08- jun- 91 699 UK Tierra Tren N Howden 8,84 10,0 02-jun-89 11- sep- 90 644 UK Tierra Tren S Howden 8,84 27-nov-89 20- nov-
  41. 41. TEMA DE TESIS: TBM APLICADO A LA CONSTRUCCION DEL METRO DE LIMA UNI FIC GESTIONTECNOLOGICAYEMPRESARIAL 4 1 90 UK Mar Servicio Howden 5,38 25,0 01-dic-87 UK Tierra Servicio Howden 5,76 8,1 20-sep-88 20- nov- 89 570 FR Mar Tren N Kawasaki 8,50 20,0 ene-89 may- 91 706 En definitiva, se tomó como rendimiento de los equipos EPB a considerar para la ampliación del Metro de Madrid, 400 metros de túnel al mes. Sobre los 1.155 metros teóricos este rendimiento supone un factor de seguridad de casi 3. Esto no quiere decir que se es demasiado pesimista. La realidad es que, aún con un ciclo de anillo corto, parecido al especificado, la utilización del equipo es sólo un porcentaje del disponible, debido bien a averías del mismo o bien a problemas logísticos, con los trenes de tierras o con los trenes de dovelas. En el cuadro siguiente se resumen, entre otros datos, las paradas por logística de las tuneladoras Mar Tren N del Canal de la Mancha, lados inglés y francés. Puede verse que los ciclos de la EPB francesa llegan a los 40 minutos de la especificación, y que la abierta inglesa incluso lo reduce a un 70% (27 minutos sobre los 40 pedidos), pero que las paradas por logística llegan a ser un tercio del tiempo total. Entendemos que 400 m/mes en túnel es un rendimiento medio para las EPB de Madrid. UTILIZACION DE LA MAQUINA Oct-Dic 89 Ene- Mar 90 Abr-Jun 90 Jul-Sep 90 Oct-Dic 90 Ene-Abr 91UK Marine Running Tunnel N Utilización TBM, % 53,70 58,50 57,35 63,42 60,40 Paradas por logística % 12,50 15,30 28,80 21,18 28,10 Trenes /h uso TBM 1,20 1,44 1,37 1,96 2,25 Ciclo Minutos/anillo 51,20 43,30 52,45 33,60 27,00 Avance neto m/h 1,80 2,15 2,05 2,94 3,37 FRANCIA Marine
  42. 42. TEMA DE TESIS: TBM APLICADO A LA CONSTRUCCION DEL METRO DE LIMA UNI FIC GESTIONTECNOLOGICAYEMPRESARIAL 4 2 Running Tunnel N Utilización TBM, % 44,10 46,10 52,20 53,60 53,80 57,00 Paradas por logística % 30,20 32,50 23,60 19,40 24,40 24,10 Trenes /h uso TBM 1,20 1,39 1,42 1,39 1,56 1,54 Ciclo Minutos/anillo 51,30 32,30 43,90 41,10 38,80 39,30 Avance neto m/h 1,89 2,22 2,26 2,22 2,49 2,46 Se tomaron 3 semanas para el cruce de cada una de las estaciones, de 115 metros de longitud, y que la tuneladora cruza arrastrada o empujada por sus propios gatos sobre una cuna especial que queda finalmente embebida en la solera de la estación. Los tiempos que se ha tardado en cruzar las estaciones han sido en general menores de estas 3 semanas. Rendimiento de la solución a cielo abierto (Pantallas) La profundidad media de las pantallas a construir es de 25 metros. Esto quiere decir que un equipo corriente de pantalladora de cuchara y grúa de apoyo puede hacer un panel de 2.50 m de largo en un turno, independientemente de su espesor. En los estudios previos se desechó, por su excesivo e injustificado precio, la utilización de los equipos rotativos tipo hidrofresa, decisión que se ha visto confirmada durante la ejecución de los trabajos. Los equipos hidrofresa hubiesen podido hacer más de 100.000 m3 de pantalla (de los 500.000 m3 totales de la ampliación) si su precio hubiese sido razonable, pero las exigencias de los poseedores de los mismos nos han llevado a desecharlos para la ampliación de Metro. Es de suponer que a la vista de esa pérdida de mercado los verdaderos propietarios, accionistas o máximos responsables de estos equipos en Alemania y otros países tomen las medidas oportunas para no seguir perdiendo mercado que por otras características de los equipos (como verticalidad y rapidez) podrían ganar fácilmente. El rendimiento tomado para las pantallas ha sido por tanto de un panel por equipo y día. 3.- COMPORTAMIENTO DE LAS TUNELADORAS DE MADRID En Junio de 1998, casi terminándose los 37.5 km. de túneles de la Ampliación, puede resumirse en comportamiento de los equipos EPB recordando que ha habido 6 tuneladoras EPB (es decir, de presión de tierras) trabajando en la Ampliación: 4 Tuneladoras para túnel de 2 vías, fabricadas expresamente para
  43. 43. TEMA DE TESIS: TBM APLICADO A LA CONSTRUCCION DEL METRO DE LIMA UNI FIC GESTIONTECNOLOGICAYEMPRESARIAL 4 3 la Comunidad de Madrid, con las especificaciones técnicas exigidas por la Comunidad: "La Adelantada", diámetro 9.50 m, marca Mitsubishi, fabricada bajo licencia en Francia. Parte se construyó en la Comunidad de Madrid, en Coslada. Terminó la Línea 7, tramo Pitis – Valdezarza y actualmente está comenzando el tramo Recintos Feriales – Aeropuerto. "La Chata", gemela de la anterior, diámetro 9.50 m. Ha terminado los trabajos en Línea 4 el 12 de mayo de 1998 y pasa al mismo tramo del Aeropuerto, atacando desde el otro extremo. "Almudena", diámetro 9.50 m, marca Herrenknecht, fabricada en Alemania. Trabaja en Línea 9. Le quedan 437 anillos. "Paloma", gemela de la anterior, diámetro 9.50 m. Trabaja en Línea 7, tramo Valdezarza - Canal. Le quedan 780 anillos. 2 Tuneladoras para túnel de 1 vía, existentes en España y utilizadas en la Ampliación de Metro para reducir costes y plazos: "La Cibeles", diámetro 7.4 m, marca Lovat, fabricada en Canadá. Trabaja en Línea 8, tramo Mar de Cristal – Campo de las Naciones, túnel Norte. "Puerta del Sol", diámetro 6.6 m, marca Herrenknecht, fabricada en Canadá. Trabaja en Línea 8, tramo Mar de Cristal – Campo de las Naciones, túnel Sur. Debe decirse antes de nada que estas 6 tuneladoras de presión de tierras utilizadas han tenido problemas en sus comienzos, problemas de diseño y problemas de funcionamiento, pero debe decirse también que las 6 tuneladoras han superado esos problemas y han terminado con éxito sus trabajos en el plazo disponible o superándolo ligeramente. La superación de los problemas se ha debido fundamentalmente al trabajo de los técnicos de las empresas constructoras propietarias de las máquinas, y en poco porcentaje a la ayuda de los propios fabricantes PROYECTO ARGENTINO La Tunelera Características: • TBM (Tunnel Boring Machine) tipo EPB (Earth Pressure Balance) • Marca: Lovat, modelo ME 310 SE • Diámetro de excavación: 7,90 m • Largo total de la maquinaria (TBM + Back up): 75 m • Peso: 900 toneladas (cada TBM) • Potencia: 3,5 MW
  44. 44. TEMA DE TESIS: TBM APLICADO A LA CONSTRUCCION DEL METRO DE LIMA UNI FIC GESTIONTECNOLOGICAYEMPRESARIAL 4 4 Rendimiento: • Velocidad de avance promedio: 30 a 40 mm/minuto • Tiempo de excavación: 20 minutos por anillo • Montaje del revestimiento: 30 minutos por anillo • Avance diario promedio: 11 a 15 anillos por día • Cantidad de turnos: 2 de 12 hs cada uno • Personal por turno: 18 personas por TBM Material Excavado • Pozos de acceso: 60.000 m3 • Túneles: 800.000 m3 • Disposición: Parque Indoamericano • Península Ecológica (Costanera Sur) • Volumen extraído por día: 1.600 m3/día Características del funcionamiento de las TBM Un escudo EPB utiliza el propio terreno excavado para estabilizar el frente de ataque. La presión creada por la tierra plastificada se controla con: • La velocidad de avance de la perforación. • Los gatos de empuje y la velocidad de extracción de tierra por medio del tornillo sinfín. La sobrepresión varía entre 1 y 3 atmósferas, aproximadamente. Para emplear el terreno como medio de retención, éste debe tener determinadas características: • Buena plasticidad. • Consistencia pastosa a blanda. • Baja fricción interna. • Baja permeabilidad al agua. • En general se trata inyectando espumas y/o polímeros en la cámara • De presión. Cuando la TMB esté en régimen de obra el rendimiento será el siguiente: • Avanza 18 metros lineales por día. • Extrae 1600 m3 de tierra por día. • Coloca 12 anillos de hormigón prefabricado por día. • Extrae 1.500 m3 de tierra/día (por tuneladora) • Coloca 11 anillos de hormigón prefabricado de 1,50 de long. cada una/día, resultando así un avance de 16,50 metros lineales/día (promedio). • Se utilizan 2.400 horas de operarios/día • Se realizan 2 rotación de personal/día • Consume 3.500 kw de energía/día. • Consume 450 kg de grasa/día. • Utiliza 172 m3 de Hormigón de relleno/día. • Utiliza 1.100 litros de espuma/día.
  45. 45. TEMA DE TESIS: TBM APLICADO A LA CONSTRUCCION DEL METRO DE LIMA UNI FIC GESTIONTECNOLOGICAYEMPRESARIAL 4 5 • Utiliza 70.000 litros de agua/día para enfriamiento de la misma que se recupera y se reutiliza. AMPLIACIÓN DEL METRO DE LA COMUNIDAD DE MADRID RENDIMIENTOS DE LAS TUNELADORAS Se actualizan en esta página los rendimientos de las 4 tuneladoras de gran diámetro que han terminado sus trabajos en la ampliación del Metro de la Comunidad de Madrid.
  46. 46. TEMA DE TESIS: TBM APLICADO A LA CONSTRUCCION DEL METRO DE LIMA UNI FIC GESTIONTECNOLOGICAYEMPRESARIAL 4 6 Los rendimientos medios por día de calendario han sido de 10.4 metros (La Chata, Línea 4), 10.2 metros (La Adelantada, Línea 7 tramo Arroyofresno - Valdezarza), 8.1 metros (Almudena, Línea 9) y 8.1 metros (Paloma, Línea 7 tramo Valdezarza – Islas Filipinas). Ya se ha dicho que estos rendimientos medios son altísimos, ya que en todo momento se ha estado trabajando en zona urbana densamente poblada, y se ha dado, como es natural, máxima prioridad al control de subsidencias y a evitar el más mínimo daño a los edificios y estructuras de superficie. Todos los túneles han sido dotados de sistemas sumamente sofisticados de compensación de asientos, en general con inyecciones de compensación. La instrumentación y los sistemas de seguridad y control se describen en otro apartado de estas páginas web, y constituyen un sistema único y pionero en grandes proyectos de excavaciones subterráneas de este tipo, según confirman técnicos de otros países europeos que lo han solicitado ya a la Consejería de Obras Públicas de la Comunidad de Madrid. Pese a estos sistemas y controles de seguridad, que naturalmente obligan a una velocidad de excavación lenta y controlada como se ha llevado, los avances obtenidos suponen para las tres obras citadas unos récords mundiales de los que el Dr. Martín Herrenknecht, fabricante de "Paloma" y "Almudena" así como el fabricante NFM-Mitsubishi de "La Chata" y "Adelantada". Deben reseñarse especialmente para las tuneladoras "grandes" de 9.5 m de diámetro los récords de avance en 31 días, obtenidos por "Adelantada", 609 metros en recta, "Almudena", 582 metros en curva de radio 275 metros y "Paloma", 618 metros en curva de 250 metros de radio. En las tuneladoras "pequeñas", para túneles de una sola vía, el récord de avance fue obtenido por la tuneladora LOVAT "Cibeles", de 7.4 m de diámetro, que construyó el túnel norte de Línea 8, tramo Mar de Cristal – Feriales, alcanzando un avance máximo de 728.4 metros en 31 días. Al 16 de Noviembre de 1998, estos récords de las tuneladoras grandes ya han caído. En efecto, la "Adelantada", que tras la línea 7 comenzó el túnel de acceso al Aeropuerto de Barajas el día 17 de Julio de 1998, ha construido ya 680 metros en 31 días. Recuerde el lector además que estas tuneladoras, diseñadas y especificadas en todos sus detalles para el terreno de Madrid, son las más potentes del mundo en su diámetro (9.40 metros), con un empuje total de 10.000 toneladas y un par motor de 2.000 mt. Este diámetro es un metro superior al de las 4 grandes que construyeron el túnel del Canal de la Mancha. Por ser tuneladoras de "suelos blandos", con tecnología de "presión equilibrada de tierras (EPB, Earth Pressure Balance)", el empuje necesario para la excavación sólo puede obtenerse empujando contra el anillo de revestimiento que se acaba de colocar en cada momento. No puede la máquina apoyarse contra el terreno por la poca resistencia de éste. Ello quiere decir que en las 4 tuneladoras de Madrid, como en todas las EPB, el ciclo de avance consta de dos partes: la excavación de 1.5 metros de longitud, que dura aproximadamente 30 minutos, y a continuación se
  47. 47. TEMA DE TESIS: TBM APLICADO A LA CONSTRUCCION DEL METRO DE LIMA UNI FIC GESTIONTECNOLOGICAYEMPRESARIAL 4 7 para la excavación y se coloca el correspondiente anillo, operación que consume unos 25 a 30 minutos (véanse los tiempos en las correspondientes páginas). Terminado de colocar el anillo, los grandes gatos de empuje vuelven a presionar contra éste último anillo y comienza un nuevo ciclo de excavación. El máximo número de anillos colocados en 24 horas en la Ampliación del Metro de Madrid ha sido de 26. Este es otro récord mundial para este diámetro de tuneladoras (los récords se relacionan con el diámetro de la máquina ya que, naturalmente, las máquinas más pequeñas tardan menos en excavar y colocar anillo), y ha sido obtenido por la "Adelantada" en el túnel Feriales – Aeropuerto, superando al anterior de 25 anillos de "La Chata", en Línea 4. Observe el lector que construir 26 anillos en 24 horas supone superar incluso las más optimistas especificaciones de la máquina dadas por el fabricante en cuanto a tiempos de excavación y de colocación del anillo de revestimiento. El excavar los 609 metros al mes (Adelantada, Línea 7, del 13 de Enero 98 al 13 de Febrero de 1998) en las condiciones de ir en presión de tierras, con un continuo, exhaustivo y abrumador control de asientos en superficie, así como los 582 metros (Almudena, Línea 9, con el peor terreno, plástico, adherente, encontrado en toda la Ampliación) o los 558 de La Chata en Línea 4 supone también una óptima organización de los trabajos y de toda la intendencia que éstos acarrean, especialmente en cuanto al suministro de las dovelas de hormigón (las 7 piezas que forman cada anillo) y al vertido adecuado de los residuos de excavación en los vertederos autorizados correspondientes, todo ello en una ciudad como Madrid y creando mínimas molestias a los ciudadanos. Vaya aquí, de paso, un nuevo agradecimiento a los ciudadanos de Madrid por su enorme e invaluable cooperación durante las obras que ahora terminan. Sin esta cooperación no hubiese sido posible construirles 37.5 km de nuevas líneas de Metro y 35 nuevas estaciones. Quede para el lector la certeza de que una Obra Pública de esta envergadura puede hacerse con toda seguridad, dentro y fuera de los túneles, para los operarios y para los habitantes de la ciudad. Que puede hacerse en los plazos previstos en los correspondientes Contratos, sin retrasos apreciables ni enormes extracostos y que puede hacerse además sin molestias apreciables para la ciudad. Especialmente que puede hacerse en una ciudad de más de 500 años de edad, con el subsuelo lleno de conducciones, algunas de siglos de antigüedad y no reflejadas en ningún plano o archivo por ello mismo. Ahora han sido adecuadamente identificadas. Finalmente, sepa el lector que si un enorme túnel de 9.5 metros de diámetro en suelos blandos y en ciudad, en las condiciones expuestas, puede construirse a razón de hasta 500 ó 600 metros al mes, atravesando estaciones, controlando la superficie, y con máquinas que tienen que parar tras cada avance de excavación, un túnel en roca en la montaña puede hacerse sin ningún problema a razón de más de 1.000 metros al mes. Las máquinas de roca no paran en cada ciclo de excavación, ya que obtienen el empuje apoyando contra la roca exterior por medio de unos gatos especiales, y sólo empujan contra el revestimiento, como en Madrid, al encontrar zonas débiles o fallas en el macizo
  48. 48. TEMA DE TESIS: TBM APLICADO A LA CONSTRUCCION DEL METRO DE LIMA UNI FIC GESTIONTECNOLOGICAYEMPRESARIAL 4 8 rocoso. Las máquinas del lado inglés del Canal de la Mancha (del tipo abierto, las del lado francés eran tipo EPB) llegaron hasta 1.911 metros al mes (túnel sur, lado Inglés, Marzo 1991), y el avance medio fue de 775 metros / mes. En el lado francés, con tuneladoras EPB fue de 689 metros / mes. Tenga en cuenta el lector que el diámetro de estas máquinas de la Mancha era de 8.36 metros frente a los 9.40 metros de Madrid. Todo esto quiere decir que, frente a los necesarios grandes túneles de base que hay que construir en España para actualizar nuestra vieja red de ferrocarriles que tiene siglo y medio (túnel de Guadarrama en el acceso Norte, 32 km; túnel de Padornelo en el acceso a Coruña y Vigo, 16 km, túnel de Pajares en al acceso a Oviedo y Gijón, 33 km, túnel de la Bárcena, en el acceso a Santander, de 20 km, los túneles del Alcoy-Alicante, los de los nuevos accesos a Andalucía Este, etc), puede tenerse la tranquilidad de que los plazos y los rendimientos que se obtienen hoy día son excelentes. Por ejemplo, el túnel de Guadarrama, con 32 km y atacando cada tubo por ambas bocas, debe planificarse y puede construirse en menos de 18 meses, dando un plazo adicional para el paso de las eventuales zonas blandas, que no parecen ser muy grandes. DATOS DE LOS TÚNELES DE LA AMPLIACIÓN DE METRO DE LA COMUNIDAD AL 16 DE NOVIEMBRE DE 1998 La Chata, Mitsubishi Línea 4 ( 9.4 m) COMIENZO TÚNEL 26-may-97 FIN TÚNEL 09-may-98 METROS PERFORADOS 3.608 DIAS CALENDARIO 348 ESTACIONES ATRAVESADAS: 4 : CANILLAS, MAR DE CRISTAL, SAN LORENZO, PARQUE SANTA MARÍA DIAS EN PASO DE ESTACIONES 48 DIAS CALENDARIO EN TUNEL 300 METROS/DIA CALENDARIO 10.4 METROS / DIA (TÚNEL) 12.0 DIAS REALES DE TRABAJO EN TUNEL 229 METROS / DIA DE TRABAJO 15.8 AVANCES MAXIMOS METROS / 1 DIA 37.5 METROS / 7 DIAS 223.5 METROS / 31 DIAS 558.0
  49. 49. TEMA DE TESIS: TBM APLICADO A LA CONSTRUCCION DEL METRO DE LIMA UNI FIC GESTIONTECNOLOGICAYEMPRESARIAL 4 9 Adelantada. Mitsubishi Línea 7 ( 9.4 m) COMIENZO TÚNEL 26-abr-97 FIN TÚNEL 09-mar-98 METROS PERFORADOS 3.234 DIAS CALENDARIO 317 ESTACIONES ATRAVESADAS: 4 : LACOMA, ILUSTRACIÓN, PEÑAGRANDE, ANTONIO MACHADO DIAS EN PASO DE ESTACIONES 19 DIAS CALENDARIO EN TUNEL 298 METROS/DIA CALENDARIO 10.2 METROS / DIA (PERFORANDO TÚNEL) 10.9 DIAS REALES DE TRABAJO EN TUNEL 219 METROS / DIA DE TRABAJO 14.8 AVANCES MAXIMOS METROS / 1 DIA 31.5 METROS / 7 DIAS 156.0 METROS / 31 DIAS 609.0 Almudena, Herrenknecht Línea 9 ( 9.4 m) COMIENZO TÚNEL 24-jun-97 FIN TÚNEL 13-ago-98 METROS PERFORADOS 3.356 DIAS CALENDARIO 415 ESTACIONES ATRAVESADAS: 4 : PUERTA DE ARGANDA, SAN CIPRIANO, VICÁLVARO, VALDEBERNARDO DIAS EN PASO DE ESTACIONES 61 DIAS CALENDARIO EN TUNEL 354 METROS/DIA CALENDARIO 8.1 METROS / DIA (PERFORANDO TÚNEL) 9.48 DIAS REALES DE TRABAJO EN TUNEL 281 METROS / DIA DE TRABAJO 11.9 AVANCES MAXIMOS METROS / 1 DIA 31.5 METROS / 7 DIAS 151.5 METROS / 31 DIAS 582.0 Paloma, Herrenknecht Línea 7 ( 9.4 m) COMIENZO TÚNEL 30-ago-97 FIN TÚNEL 15-sep-98 METROS PERFORADOS 3.443 DIAS CALENDARIO 381 ESTACIONES ATRAVESADAS: 2 : FRANCOS RODRÍGUEZ, GUZMÁN EL BUENO DIAS EN PASO DE ESTACIONES 47
  50. 50. TEMA DE TESIS: TBM APLICADO A LA CONSTRUCCION DEL METRO DE LIMA UNI FIC GESTIONTECNOLOGICAYEMPRESARIAL 5 0 DIAS CALENDARIO EN TUNEL 334 METROS/DIA CALENDARIO 9.0 METROS / DIA (PERFORANDO TÚNEL) 10.3 DIAS REALES DE TRABAJO EN TUNEL 272 METROS / DIA DE TRABAJO 12.7 AVANCES MAXIMOS METROS / 1 DIA 27.0 METROS / 7 DIAS 187.5 METROS / 31 DIAS 618.0 Cibeles, LOVAT Línea 8 a Feriales ( 7.4 m) COMIENZO TÚNEL 24-jul-97 FIN TÚNEL 3-dic-97 METROS PERFORADOS 2.108 DIAS CALENDARIO 132 ESTACIONES ATRAVESADAS: 0 METROS / DIA (PERFORANDO TÚNEL) 16.0 DIAS REALES DE TRABAJO EN TUNEL 83 METROS / DIA DE TRABAJO 25.3 AVANCES MAXIMOS METROS / 1 DIA 37.2 METROS / 7 DIAS 204.0 METROS / 31 DIAS 728.4 Puerta del Sol, Herrenknecht Línea 8 a Feriales ( 6.5 m) COMIENZO TÚNEL 25-ago-97 FIN TÚNEL 10-mar-98 METROS PERFORADOS 1.958 DIAS CALENDARIO 197 ESTACIONES ATRAVESADAS: 0 METROS / DIA (PERFORANDO TÚNEL) 9.9 DIAS REALES DE TRABAJO EN TUNEL 141 METROS / DIA DE TRABAJO 13.8 AVANCES MAXIMOS METROS / 1 DIA 37.2 METROS / 7 DIAS 153.6 METROS / 31 DIAS 438.0 Segundo Trabajo de "Adelantada". Mitsubishi Línea 8 ( 9.4 m) FERIALES - AEROPUERTO
  51. 51. TEMA DE TESIS: TBM APLICADO A LA CONSTRUCCION DEL METRO DE LIMA UNI FIC GESTIONTECNOLOGICAYEMPRESARIAL 5 1 COMIENZO TÚNEL 17-jul-98 Al 10-nov-98 METROS PERFORADOS 1.592 DIAS CALENDARIO 116 ESTACIONES ATRAVESADAS: 0 METROS/DIA CALENDARIO 13.7 DIAS REALES DE TRABAJO EN TUNEL 86 METROS / DIA DE TRABAJO 18.4 AVANCES MAXIMOS METROS / 1 DIA 39.0 METROS / 7 DIAS 226.5 METROS / 31 DIAS 679.5 CONCLUSIONES 1. De acuerdo a estadísticas, se observa que la aplicación de minadores continuos para la excavación de rocas en minería y construcción civil, es cada vez más predominante, respecto a la perforación y voladura, que tiene una secuela de efectos ne- gativas producidos por las voladuras. 2. Los minadores continuos para labores subterráneas que ha tenido mayor desarrollo y aplicación, son las máquinas tuneleras tipo TBM, con actual aplicación en distintas partes del mundo, incluyendo nuestro país en el proyecto trasvase Olmos (Lambayeque), donde el túnel de 14 km se está excavando con una TBM de viga principal (mean beam TBM) de 5,33 m de diámetro, alcanzando récords de 60 m/día de avance http://www.cybertesis.edu.pe/sisbib/2010/giraldo_pe/pdf/giraldo_pe.pdf http://www.robbinstbm.com/case-study/olmos/ http://translate.google.com.pe/translate?hl=es&sl=en&u=http://www.robbinstbm.com/& ei=LUfvTPWEJsSqlAf0ptzADA&sa=X&oi=translate&ct=result&resnum=1&ved=0CB 0Q7gEwAA&prev=/search%3Fq%3DRobbins%2B(USA)%2Btbm%26hl%3Des%26bi w%3D1338%26bih%3D532%26rlz%3D1R2ADFA_esPE373 http://www.geologia- cip.org/web/images/stories/indiceexcavabilidad.pdf?token=6dc9ac10a693d5e9c9fadce4d526d ae7ed2ba03c|1290754562#PDFP
  52. 52. TEMA DE TESIS: TBM APLICADO A LA CONSTRUCCION DEL METRO DE LIMA UNI FIC GESTIONTECNOLOGICAYEMPRESARIAL 5 2
  53. 53. TEMA DE TESIS: TBM APLICADO A LA CONSTRUCCION DEL METRO DE LIMA UNI FIC GESTIONTECNOLOGICAYEMPRESARIAL 5 3 ANEXOS 1.1 MAPA GEOTECNICO DE LIMA
  54. 54. TEMA DE TESIS: TBM APLICADO A LA CONSTRUCCION DEL METRO DE LIMA UNI FIC GESTIONTECNOLOGICAYEMPRESARIAL 5 4 ZONA 1 Es el mejor suelo . Esta zona está conformada por afloramientos rocosos . Se puede construir con tranquilidad ZONA 2 Terreno conformado por estrato superficial de suelos granulares finos y arcillosos. El grado de amplificación sísmica es leve. ZONA 3 Conformada en su mayoría por depósitos de suelos finos y arenas de gran espesor. Todavía se puede construir. ZONA 4 Aquí se recomienda no construir. Zona conformada por depósitos marinos y suelos pantanosos. ZONA 5 Esta es una zona crítica. Constituida por depósitos de rellenos sueltos de desmontes. La amplificación sísmica es grave.
  55. 55. TEMA DE TESIS: TBM APLICADO A LA CONSTRUCCION DEL METRO DE LIMA UNI FIC GESTIONTECNOLOGICAYEMPRESARIAL 5 5 ANEXO 2 PROYECTO MADRILEÑO Rendimiento de las tuneladoras EPB El rendimiento considerado para las EPB de la ampliación fue de 400 metros al mes de túnel terminado. En el gráfico adjunto (Figura 1) pueden verse los rendimientos reales, que se acercan mucho al previsto.
  56. 56. TEMA DE TESIS: TBM APLICADO A LA CONSTRUCCION DEL METRO DE LIMA UNI FIC GESTIONTECNOLOGICAYEMPRESARIAL 5 6 En general las especificaciones exigidas al fabricante, como en el caso de las 4 tuneladoras grandes de la ampliación del Metro de Madrid, fijan unos tiempos de 20 minutos para excavación y 20 minutos para la colocación del anillo. La velocidad de avance de los gatos principales es como máximo de 8 centímetros por minuto en posición de excavación. Esta velocidad, para los 150 centímetros de longitud de anillo, da 18 minutos y 45 segundos. Estos 20 minutos a su vez dan 40 minutos por anillo, y si no hubiera pérdidas podrían hacerse 12 avances en los 480 minutos de un turno. Llevado al extremo de capacidad teórica, en un día de tres turnos, con 20 horas útiles (dejando 4 horas para pequeños mantenimientos diversos) podrían hacerse 30 anillos o avances. Con 6 días por semana y 4.3 semanas por mes se obtendrían en teoría 770 avances al mes. Siendo 1.5 metros la longitud de cada avance, supone 1.155 metros/mes. Aunque esto pueda parecer exagerado, se han obtenido rendimientos de este orden de magnitud en varias ocasiones. Los 1.000 metros mes han sido superados, por ejemplo, en el túnel del trasvase Guadiaro-Majaceite por FCC y Dragados en los meses siguientes: Abril 96 1.064 m Agosto 96 1.276 m Septiembre 96 1.131 m Noviembre 96 1.335 m Diciembre 96 1.008 m Enero 97 1.100 m Bien es verdad que esta máquina, por sus especiales características, no paraba la excavación durante la colocación del revestimiento. Tras terminar este túnel, la tuneladora "Isabel" pasó a otro túnel en Ecuador, cerca de la presa de Daule, donde ha llegado a los 1.650 metros / mes. Ahora está pasando a Sudáfrica a seguir batiendo récords, entendemos. Los rendimientos medios de las tuneladoras inglesas (abiertas) y la francesa Mar Tren N del Canal de la Mancha fueron los siguientes: TUNEL FABRICANTE DIAM Long.Km COMIENZO FIN Metros/Mes UK Mar Tren N Robbins- Markham 8,50 18,0 15-feb-89 01- may- 91 671 UK Mar Tren S Robbins- Markham 8,50 19,0 15-mar-89 08- jun- 91 699

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