MÉTODOS DE PERFORACIÓN DE TÚNELES

En construcción de túneles, los pozos sirven como punto de partida para la excavación en roca o en material firme, o con escudos. En túneles largos, como son los acueductos, se utilizan varios pozos, para dividir la construcción en secciones más cortas en las que se pueda trabajar simultáneamente, en los túneles para vehículos, especialmente para túneles subacuáticos excavados con escudo, se utilizan los pozos para los edificios de ventilación. Los pozos se entiban con elementos leñosos de la misma manera que los túneles en materiales de la misma naturaleza.

Para los pozos en roca se utiliza la madera para evitar que la roca suelta se desprenda de los muros, cubre por lo general, una distancia apreciable en torno a la excavación. Los pozos con fondo abierto y muros fuertes, a menudo circulares o subdivididos en compartimientos, se pueden construir afuera sobre el terreno y hundirlos excavando la tierra por debajo de ellos. En suelos secos, se puede excavar directamente; si hay agua presente se pueden usar cucharones de almeja y chorros de agua de alta presión para aflojar el terreno y sacarlo.

Revisemos en forma esquemática los diversos métodos clásicos empleados en la perforación de túneles y que se centran fundamentalmente en diferentes secuencias de excavación:

Método norteamericano:

La excavación se inicia con una galería superior en el coronamiento del túnel, que se apoya en listones de avance, postes y cabezales. A continuación se amplía la excavación entre dos pórticos y se colocan los segmentos del arco superior adyacentes al coronamiento y apoyado por postes y puntales extra. Se forman bancos de excavación a lo largo de los lados y se coloca otro segmento de las costillas a cada lado. Se unen con pernos las costillas a la parte superior y se soportan con una solera temporalmente. El terreno entre costillas se mantiene en su lugar por medio de planchas de revestimiento y se rellenan las oquedades. Se usa en terrenos razonablemente firmes.

Método Inglés:

Recibe su nombre por haber sido aplicado en túneles a través del tipo de terreno que usualmente se localiza en Inglaterra, como son las arenas y areniscas. Su principal característica es proceder el avance de la perforación a sección completa del túnel, en una sola operación.

Método Belga:

En terreno firme se excava a la mitad superior del túnel, comenzando con una galería central desde el coronamiento hasta el arranque del arco. Esto se amplía en ambos lados, y el terreno se mantiene en su lugar con estacas transversales. Es posible avanzar con la excavación a una distancia considerable antes de continuar con el revestimiento del túnel

Método Alemán:
Se hacen avanzar dos galerias inferiores,una en cada muro laeteral. En estas galerias se construyen los muros hasta llegar al techo de las mismas. Sobre esto se excavan otras dos galerías y se continúa la construcción de los muros. Se añade una galería central superior que se ensancha hasta alcanzar las galerías laterales; el terreno sobre el arco queda apuntalado por maderos longitudinales y estacas transversales. Después de terminado el revestimiento del arco se remueve el resto del terreno.Método Alemán Modificado:

Se aplica en el caso en que durante la operación de perforación del túnel a través de un terreno bastante firme, surja la aparición de agua, lo que origina una alteración en el método Clásico Alemán en cuanto a las etapas sucesivas de ataque del frente.

Método Austríaco:

Los austríacos desarrollaron un plan de trabajo basado en la utilización de puntales de madera formando un sistema de entibación. La excavación se realiza como indica la figura:

Método Italiano:

Consiste en extraer solo el medio arco más la galería central por la cual se retira la marina, luego se concreta el medio arco, luego se extrae el resto del material por zonas y se van concretando los muros (método similar al método belga).Se desarrollo para terrenos muy blandos en los que se excava solo pequeñas áreas. Es muy costoso y ha sido suplantado por el método de escudo, exclusivo para terrenos muy blandos.

Método TBM (Tipo Escudo o Topo)

La excavación de túneles por el método de escudo se usa generalmente, en la actualidad, en terrenos blandos, no cohesivos, compuestos de arena suelta, grava o limo y todo tipo de arcilla, o en mezcla de cualesquiera de ellos. Es indispensable estar debajo del nivel freático.

La TBM (Tunnel Boring Machine)es un cilindro formado por planchas de acero soldadas entre sí. Tiene un diámetro ligeramente mayor que el exterior del revestimiento del túnel. Además existen varios métodos para atacar las caras de túneles perforados a través de la roca. Otros métodos distintos dependerán de la medida del túnel, del equipo disponible, de la formación y de la cantidad de ademes que se necesiten.

Ataque de toda la cara:

Cuando se perfora el túnel con el método de ataque en toda la cara, se perfora todo el frente o cara, se cargan los agujeros, y se hacen detonar los explosivos. Los túneles pequeños cuyas dimensiones no exceden de 10pies, se perforan siempre con este método.

Los grandes túneles en roca frecuencia se perforan con este método. Debido al desarrollo de los taladros de carretilla y de plataforma, la popularidad de este método ha ido cada vez en aumento en la perforación de grandes túneles. Puede montarse varios taladros en la parte anterior de una plataforma para hacerlos operar simultáneamente con alta eficiencia.

 Método de terrazas:

El método de terrazas para la perforación de un túnel, implica la perforación de la porción superior del túnel antes de perforar la parte inferior, como se ilustra en la figura:

Si la roca es lo suficientemente firme para que el domo se sostenga sin necesidad de ademes, la cabeza superior se aventaja en un barreno con respecto a la cabeza inferior. Si la roca está muy quebrada, la cabeza superior puede aventajarse mucho con respecto a la terraza y puede utilizarse ésta para apoyar los ademes del domo. El desarrollo de la plataforma de taladros ha reducido el empleo del método de terrazas para la perforación de túneles.

Método de derivadores:

Al perforar un túnel grande, puede ser ventajoso perforar un túnel pequeño, llamado derivador, a través de toda o una porción de la longitud del túnel, antes de excavar todo con el taladro. Los derivadores, pueden clasificarse como centrales, laterales, inferiores o superiores, dependiendo de su posición con respecto al taladro principal. La figura muestra la posición de cada uno de los tipos de derivadores:

El empleo del método de los derivadores para la perforación de un túnel tiene ciertas ventajas y desventajas.

Ventajas:

Cualquier zona de roca mala o excesiva cantidad de agua se descubrirá antes de la perforación de todo el túnel, permitiendo así que se tomen pasos correctivos con anticipación.

El derivador ayudará a la ventilación del túnel durante las operaciones subsecuentes.

Puede reducirse la cantidad de explosivos necesarios

Derivadores laterales pueden facilitar la instalación de los ademes para sostener el domo, especialmente para un túnel perforado a través de roca quebrada.

Desventajas:

La perforación del taladro principal tiene que demorarse hasta que haya terminado el derivador.

El costo del taladro y manejo de los escombros en un derivador pequeño será elevado debido a que la mayor parte del trabajo tiene que hacerse a mano en vez de con equipos mecánicos.

BIBLIOGRAFÍA:

Megaw – Bartlett; TUNELES, PLANEACION, DISEÑO Y CONSTRUCCION .

Linares Sánchez, Antonio; TUNELES Y OBRAS SUBTERRÁNEAS .

Robles Espinoza, Nerio; EXCAVACION Y SOSTENIMIENTO DE TÚNELES EN ROCA .

R. Peurifoy, METODOS, PLANEAMIENTOS Y EQUIPOS DE CONSTRUCCION .

Frederick S. Merritt, MANUAL DEL INGENIERO.