Métodos de excavación: comparemos TBM y Perforación & Voladura

Métodos de excavación: comparemos TBM y Perforación & Voladura

En el mundo de la construcción subterránea, existen dos grandes métodos de excavación de túneles en roca: los métodos de excavación convencionales y los métodos de excavación mecanizada. Dentro del primer grupo, podemos encontrar la técnica Perforación & Voladura, mientras que en el segundo reina la excavación por vía de tuneladoras TBM (o Tunnel Boring Machine en inglés).

En la entrada de hoy, le presentamos una comparativa de estas dos técnicas, para que se sienta como un topo el magnífico mundo de la excavación subterránea.

TBM y Perforación & Voladura: ¿en qué consiste cada método?

Se trata de dos métodos de excavación muy distintos. Por su parte, la excavación por TBM es mecanizada, ya que se emplea una enorme tuneladora, que mediante una cabeza giratoria equipada con elementos de corte, perfora las rocas, y luego retira los escombros. Dependiendo del tipo de terreno, también puede que refuerce el túnel excavado con shotcrete.

La técnica Perforación & Voladura es bastante distinta. Como bien lo comentamos en este post, se trata del método “convencional” de excavación e incluye las siguientes etapas:

1. Perforación de la roca
2. Carga de explosivos
3. Voladura
4. Ventilación
5. Desescombro y saneo
6. Sostenimiento con shotcrete

Pero, ¿cómo saber cuándo emplear un método y cuándo el otro? Veámoslo ahora mismo.

TBM o Perforación & Voladura: ¿cuándo me conviene el uno o el otro?

Coste según longitud del túnel excavado

Coste según longitud del túnel excavado para los métodos con TBM y Perforación & Voladura

Como regla general, para longitudes de excavación mayores de 4,5 km emplearemos un TBM y para longitudes de menos de 1,5 km emplearemos la técnica Perforación & Voladura.

Falta mencionar que esto es a grandes rasgos, ya que pueden encontrarse factores que hagan que un túnel de 5 km se excave por P&V en lugar de TBM o que un túnel de 1,5 km se excave por TBM en lugar de P&V. Por eso se debe estudiar cada caso en concreto.

Para aquellos túneles cuya longitud de excavación está comprendida entre los 1,5 km y los 4,5 km, los costes de ejecución son similares, por lo que deben tenerse en cuenta otros factores, como son esos de orden geológico, geométrico, ambiental y de tiempos de ejecución.

Lado a lado: ¿cómo se comparan los dos métodos?

A continuación le presentamos una serie de factores que nos ayudarán a comparar los dos métodos:

  • Tiempo necesario para preparar el lugar de excavación:
    • P&V poco tiempo (alrededor de un mes)
    • TBM 3-12 meses
  • Rendimiento de avance de la excavación:
    • P&V 3-9 metros por día
    • TBM 15-50 metros por día
  • Forma del túnel:
    • P&V típicamente de forma de herradura pero puede variar
    • TBM circular
  • Vibraciones terrestres:
    • P&V altas
    • TBM bajas
  • Zonas pobladas o no pobladas:
    • P&V típicamente no pobladas o pobladas con restricciones
    • TBM pobladas o no pobladas
  • Acceso a mano de obra calificada:
    • P&V requiere de mano de obra calificada y con certificación
    • TBM mayoritariamente mecanizado.

Además de los factores anteriormente mencionados, también podemos apreciar divergencias globales a nivel de costos – TBM permite reducir los gastos relacionados con la mano de obra, con la construcción de estructuras temporales, y con el sobreconsumo de hormigón. Este último beneficio es dado al hecho que en la excavación con una TBM no hay sobre excavación, mientras que en una excavación con Perforación & Voladura sí la hay. Esa sobre excavación es lo que provoca que exista una diferencia entre el hormigón real y el teórico.

Tendencias: ¿hacia dónde nos encaminamos?

Aunque las TBM se utilizan sobre todo en la construcción de túneles, hay quienes piensan que su uso se podría propagar a la minería. Tanto los túneles de acceso principal, como los pozos y los túneles de ventilación (u otros túneles largos), se verían beneficiados a nivel de productividad y precisión al usar TBM.

Habiendo dicho eso, ya existen casos reales de empleo de tuneladoras en minería como por ejemplo en Stillwater Mine (Montana EE.UU), dónde se han utilizado TBM durante las últimas tres décadas. En minas en Chile, Australia y China esperan poder introducir TBM a sus operaciones en un futuro no muy lejano.

En cuanto a las TBM en sí, podemos apreciar una tendencia de lo más prometedora: cada vez, se están fabricando tuneladoras más versátiles. Esto significa que en vez de tuneladoras de un solo uso como las que hemos visto hasta ahora, podremos ser testigos de TBM utilizables en diferentes proyectos con pequeñas modificaciones. Aunque los costes de montaje y desmontaje seguirán existiendo, la inversión inicial abrirá el paso al multiuso – ¡lo que no es poco!

 

Fuentes:

  • “Tunnelling methods”, Brenner Base Tunnel (BBT), último acceso 12/04/18

https://www.bbt-se.com/en/tunnel/tunnelling-methods/

  • “Mechanized Mining: Are TBMs the Way into the Future?”, Tunnel, 05/2012

http://www.tunnel-online.info/en/artikel/tunnel_2012-05_Mechanized_Mining_Are_TBMs_the_Way_into_the_Future__1459865.html

  • Ryan Gratias, Craig Allan, Desiree Willis, “The Next Level: Why Deeper Is Better for TBMs in Mining”,2014 North American Tunneling Conference

http://35r8vq1qfmha1cecht1675qy.wpengine.netdna-cdn.com/wp-content/uploads/2010/04/20_TBMsinMining_NAT2014.pdf

  • Norwegian TBM Tunnelling, Publication nº11 “Norwegian Soil and Rock Engineering Association”, último acceso 12/04/18

https://irta.ir/files/site1/files/Publication_11.pdf

  • Dipl. Ing. Josef Daller, “Selection of Construction Methods in Rock Tunnelling”, iC consulenten ZT GmbH, último acceso 12/04/2018

https://ic-group.org/fileadmin/Magazin_PDFs/ITA_2017_Slo/171128_DALLER_CONSTR_METHOD_ITA_LJUBLJANA.pdf

 

 

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