Cap5 - Excavación Mecánica (Tuneleras,Tren
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10/6/08 Perforaciones Alternativas a excavaciones con explosivos EXCAVACIÓN MECÁNICA DE ROCAS Y SUELOS 1. Excavación con martillos (pica pica) 2. Excavación con fresadoras. Rocas blandas y suelos duros (Road Header). 3. Tuneleras. Todo tipo de rocas y suelos. Sólo túneles circulares. TBM (Tunnel boring machine), full facer, topos. Martillo Hidráulico Martillos Hidráulicos: Pica Pica Rocas duras y blandas Rendimiento bajo Consumo herramientas alto Martillos Hidráulicos: Road Header 1 10/6/08 ROAD HEADERS Fresadoras Perforación en roca – Road header Se usa sólo en rocas blandas o suelos duros Permite realizar cualquier sección de túnel (TBM, sólo circular) Son versátiles y relativamente baratas Costo de las Fresadoras Se desarrollaron en la industria del carbón para las galerías de desarrollo. Sólo para rocas blandas y suelos duros Rocas con resistencia a la compresión simple < 200 kg/cm2 Rendimientos bajos (unos 20 m3/hora). Consumo de herramientas, $/m3 de roca Road Header 200 kg/cm2 Resistencia de la roca, kg/cm2 ROAD HEADERS 2 10/6/08 Perforaciones Perforaciones Perforación en roca - Tuneleras Perforación en roca - Tuneleras Las llaman topos o TBM (tunnel boring machine) Perforan túneles a sección completa. Van desde minituneleras (φ ~ 60 cm) hasta φ ~ 11 m. 3 10/6/08 Perforaciones Perforaciones Ciclo de una Tunelera Perforación en roca - Tuneleras Son equipos muy grandes y caros que en países desarrollados con alto costo mano de obra han reemplazado la excavación con explosivos. Gran costo de capital y herramientas Poca mano de obra pero muy especializada Velocidades de Avance túnel dos o tres veces excavación con explosivos Con explosivos 200 m/mes con tunelera 600 m/mes Record mundial (canal de la mancha) 1400 m/mes Perforaciones Perforaciones Perforación en roca - Tuneleras Perforación en roca - Tuneleras Disco giratorio del diámetro del túnel con herramientas de corte que giran sobre su propio eje. Aplica gran presión y gira. En rocas duras presión del orden de 20 ton. por cada cortador En la primera foto, diámetro túnel 10,5 mts 80 cortadores 1.600 ton empuje Para túneles en roca buena calidad, donde no se requiere revestimiento inmediato: la tunelera se apoya en los costados del túnel mediante “grippers” que son placas empujadas por gatas hidráulicas Para túneles en suelos o en rocas de mala calidad se apoya y empuja sobre el revestimiento del túnel que se materializa mediante dovelas de hormigón prefabricado Perforaciones Perforaciones Perforación en roca - Tuneleras Perforación en roca – Tuneleras, ciclo Aprovechando la gran capacidad de tiro y empuje arrastra tren: Equipo Servicio: transformadores, ventiladores, control, perforadoras para pernos refuerzo roca, etc Sistema de cinta transportadora para la marina (escombros) Tren para extraer marina Perforar a lo largo del ciclo (~ 1.5 m) Apoyar el cuerpo rotatorio en el suelo Soltar apoyos laterales del cuerpo (grippers) Recoger el cuerpo Apoyar grippers Soltar el cuerpo rotatorio 4 10/6/08 Perforaciones Perforaciones Perforación en roca - Tuneleras Perforación en roca - Tuneleras Las tuneleras dejan una baja rugosidad (coeficiente de manning, n): - Túnel revestido con concreto, n = 0.0014 - Túnel de roca con explosivos, n = 0.0033 Se busca partir la roca no molerla Para esto las cuchillas no están tangenciales Cuando funciona bien pequeñas lajas, no polvo - Túnel realizado con TBM, n = 0.0018 Tunelera demora entre 25 y 30 minutos por cada ciclo trabajando bien en roca dura. La marina debería salir en lajas. Si el material se muele, el consumo de herramientas y energía crece. Perforaciones Perforaciones Perforación en roca - Tuneleras Perforación en roca - Tuneleras Si se requiere refuerzo de la roca Detrás de la tunelera propiamente tal, perforadoras para instalar pernos para roca Proyectora de hormigón Para rocas mala calidad geotécnica y para suelos: Tunelera con escudo y revestimientos hormigón prefabricado La tunelera no se apoya en los costados sino que se empuja longitudinalmente contra el revestimiento No se usan cuchillos sino que ruedas dentadas Perforaciones Perforaciones Perforación en roca - Tuneleras Perforación en roca - Tuneleras Las dovelas se instalan al interior del escudo Una vez avanzado el escudo, queda un espacio entre las dovelas y la roca o el suelo. Se rellena inyectando mortero o lechada de cemento Gran velocidad de Avance Gran costo equipos e instalaciones. Varios millones de dólares Sección circular (no se aprovecha bien) Personal operación muy especializado Deja la roca casi intacta lo que hace que no se necesiten muchos refuerzos Máquinas abiertas más riesgos geológicos 5 10/6/08 Perforaciones Perforación en roca - Tuneleras Túneles revestidos 6 10/6/08 Perforaciones Perforaciones Perforación en roca – Raise borer Perforación en roca – Raise borer Se usan en excavaciones verticales con acceso por arriba y abajo. ~20 cm. tricono “Perforar” pozos entre dos puntos con acceso Se perfora desde arriba un taladro de unos 200 mm de diámetro mediante rotación. Tricono. A las barras de perforación se acopla un equipo de perforación de diámetro 1m a 2 m En forma ascendente traccionando y girando se perfora el pozo. ~1.5 a 2 m. 7 10/6/08 Perforaciones Perforación en roca – Raise borer Están en nuestro país porque en minería subterránea piques (pozos) de 300 a 600 mts En obras civiles (centrales hidroeléctricas en Chile, no más de unos 100 a 120 metros Sin embargo están disponibles y se ocupan, no justificarían importarlas especialmente Son subcontratistas Perforaciones Perforaciones Perforación en roca – Raise borer Perforación en suelos, Trench less Se busca instalar ductos sin excavar zanjas. Existen dos casos: - Tuberías para cables o fluidos a presión (geometría libre) - Acueductos para fluidos en escurrimiento libre, no a presión (rectos y pendiente uniforme) Perforaciones Perforaciones Perforación en suelos, Trench less Perforación en suelos, Trench less Geometría libre La barra se desvía cuando no rota. Geometría libre 22 º mín. 22 º mín. Se usa un magnetómetro en la superficie para ubicar la herramienta. Es de alcance limitado (largo ~80 m., φ ~ 5 a 10 cm.) Para diámetros mayores se usa como piloto y luego se escarifica con un sistema que trabaja tirando desde el otro extremo. Perforación guiada Broca disimétrica Barra de φ relativamente pequeño (para la flexibilidad) 8 10/6/08 Perforaciones Perforación en suelos, Trench less Ductos rectos y pendiente uniforme (Pipe jacking) A Tubería A’ Tubería Corte A-A’ Bentonita para lubricar Perforaciones Perforaciones Perforación en suelos, Trench less Perforación en suelos, Trench less Ductos rectos y pendiente uniforme (Pipe jacking) Excavación con herramientas o tuneleras Técnica para aumentar φ a cañerías antiguas Rango de aplicación entre cámaras de gateo ~200 m. Se usa la “explosión de la cañería” o “cracking”. Diámetros entre 0.6 y 2.5 m. Se usa un torpedo (instrumento que se introduce en una cañería) que arrastra una cañería. Para diámetros inferiores a 1.5 m., la extracción de material es robotizada. Se remolca mediante barras que son tiradas por gatas hidráulicas de gran capacidad. 9 10/6/08 TRENCH LESS 10
