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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
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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
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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.
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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
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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
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Perforaciones
Perforación en roca - Tuneleras
Túneles revestidos
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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.
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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)
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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.
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TRENCH LESS
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