Micro Tune Les

5/14/2018 Micro Tune Les - slidepdf.com

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Jesús Díez de Ulzurrun Mosquera, Director del Saneamiento; Canal de Isabel II

Características fundamentales de

esta técnica: Construcción “sin zanja”, es decir, enterrada. Colocación de tuberías mediante hinca o

empuje y otros sistemas alternativos. Control remoto de la ejecución, es decir, nor-

malmente sin intervención humana en el inte-rior del microtúnel sino pilotado desde elexterior. Las intervenciones en el interior sonocasionales (averías, mantenimiento, etc.).

Aparte de los pozos de ataque y finalizaciónninguna otra afección superficial al tráfico,vibraciones, ruidos, medioambiente, etc.

Minimización del volumen de material excava-do con menor afección en cuanto a asientos. El nivel freático no es un obstáculo. No son

necesarios abatimientos del mismo que pue-dan provocar asentamientos inducidos ensuperficie.

Existe cierta indefinición para situar el rangode diámetros de los “microtúneles” pero es unadiscusión improductiva ya que la tecnología nodeja de avanzar y proponer mayores distanciasy mayores diámetros sin necesidad de tripular

los equipos de perforación. Actualmentepodríamos situar en los casi cuatro metros eldiámetro superior de este conceptoconstructivo. Para las microtuneladoras de

escudo cerrado de las que hablaremos

posteriormente, se están alcanzando distanciasde más de 1000 m en un sólo tramo (sin pozosintermedios).

Las utilidades del microtúnel son numerosasy abarcan soluciones para cableados eléctricoso de telecomunicaciones, redes de gas, decalefacción, aguas negras y de lluvia, transporteneumático de residuos u otros productos,captaciones y emisarios submarinos, redes desaneamiento y minería. A su vez podemos estarhablando de obras nuevas, ampliación de

tramos, o incluso renovación total o parcial delíneas existentes.

Técnicas de ejecuciónSe pueden enumerar las distintas técnicas

que serán aplicables según las características delterreno, de la obra y del entorno:

Hinca con camisa de chapa o perforaciónhorizontal mediante “sin fin”.

Raise-Boring

Perforación horizontal dirigida (PHD) Hinca mediante empuje hidráulico con escudo. Hinca mediante escudo cerrado (microtune-

ladora).

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Microtúneles

La tecnología para instalar todo tipo de infraestructuras bajo elsuelo ha mejorado espectacularmente en las últimas décadas enbase a los sistemas “sin zanja”.

Cada vez las obras de canalizaciones a cielo abierto son másincompatibles con el elevado tráfico, tanto peatonal como devehículos, por su incidencia sobre el bienestar de los

ciudadanos. Con este sistema se pueden salvar también grandesbarreras físicas y obstáculos que de otro modo se haríaninsalvables.

Lo que entendemos por “microtúnel” es un conceptoconstructivo que contiene una serie de características básicas alas que se unen la alta precisión, seguridad, economía y rapidez.



Hinca con camisa de chapa o

perforación horizontal mediante “sinfin”

Este método es técnicamente el másrudimentario, aunque también el más intuitivo.Consiste en empujar una camisa de chapadentro del terreno mediante un sistema deavance, que puede ser bien neumático o bien

hidráulico. Noobstante, paraoptimizar la energíaempleada, se puedenemplear lodos quelubrican elperímetro dec o n t a c t o ,minimizando elrozamiento. En estetipo de hinca noexiste una cabeza decorte propiamentedicha, sino que seprotege el avancecon una pieza

especial denominada “cabeza excavadora” queprotege al tubo.

Según la experiencia, existe una limitación en

la longitud de esta técnica que ronda los 80-100m. y un diámetro inferior a 1500 mm lo que lahace ideal por su menor coste para salvarobstáculos tales como autopistas, carreteras,vías de FFCC., campos de aviación, canales,canalizaciones entre edificios, etc...

Su coste directo rondaría entre los 400 €/mpara 500 mm y los 1800 €/m para 1500 mm enterrenos de fácil excavabilidad. En caso deexistir bolos estos precios pueden verseincrementados en un 20% y hasta un 80% si es

roca. Los rendimientos medios esperados sonde unos seis metros/día.

Raise-BoringEste método de hinca proviene de la minería, y

es muy utilizado para la ejecución de chimeneasde acceso a las galerías subterráneas. Este sistemase realiza en dos fases: la primera consiste en laexcavación de un “taladro piloto” según el eje dela traza de proyecto. A continuación, se ejecuta laexcavación en sentido contrario, tirando de la

“cabeza escariadora” mediante el mismo sistemade varillaje introducido por el taladro piloto. Elelemento de corte avanza dejando tras de sí uncilindro hueco perfectamente circular del

diámetro deseado. Este sistema no deja colocadatubería en la zona perforada.

En el siguiente esquema vemos las diferentesvariantes del “raise boring”.

Este sistema tienesu aplicación mástípica en la mineríacon rocas de durezamedia y alta nodemasiado alteradas(calizas, esquistos,gneis, granitos,..) y unrango de aplicaciónhasta los ochometros de diámetroy los 1500 m deprofundidad. Puedeejecutarse con casicualquier inclinaciónentre los 0º y los 90ºmanteniendo casisiempre porcentajesde desviación pordebajo del 1% y conmáximos del 2,5% enfunción del tipo de

roca.

Sus rendimientos medios están en los 12 a 20m/turno para el taladro piloto “estándar”, entretres y ocho metros/turno si dicho taladro pilotoes dirigido y entre tres a cinco metros/turnopara el escariado final.

Su coste directo estaría por los 400 €/m paraun taladro piloto, 800 €/m si es dirigido y unos1000 €/m para un escariado medio de 3000 mm(uno de los más usuales)

Perforación Horizontal Dirigida

(PHD)Es una técnica en constante avance que

permite la instalación de tuberías (polietileno,acero o fundición) con el control absoluto de latrayectoria de la perforación y con la posibilidadde realizar trazados curvos. La “perforaciónhorizontal dirigida” (PHD) se usa en general enredes urbanas de pequeño diámetro, de 100 mma 500 mm y en redes de tuberías de hasta 1800

mm. La técnica se deriva directamente de laperforación tradicional añadiéndole la capacidadde localizar en todo momento la cabeza deperforación en sus 3 coordenadas espaciales y

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por tanto ser capaces de guiarla. La mayoría desus usos se relacionan con pequeñasprofundidades (algunos metros) pero en

algunos casos, con el equipo apropiado puedeusarse a grandes profundidades.

Con esta técnica es posible la instalación detuberías en longitudes de hasta los 2000 m ydiámetros de 1800 mm en función de unasimple regla, la fuerza de tiro del equipo tieneun límite de diámetro y longitud. Véase la tablade ejemplo en máquinas consideradaspequeñas. (Cuadro 1).

Hoy en día están en uso equipos de 250 T detiro e incluso alguna de 500 T.

La perforación comienza en una pequeñacata, quedando la máquina siempre en superficie

en todo momento. Se van introduciendo lasvarillas del taladro piloto a medida que avanza laperforación controlando desde la máquinatanto el empuje como el giro de las mismas.

Los ángulos de ataque y salida estánrelacionados con el diámetro de la tubería ainstalar (se encuentran entre el 10% y el 30% dedicho diámetro) y el radio de curvatura quepermite del material del que están hechas.

La perforación sigue la trayectoria prefijadapor los técnicos y es posible su guiado porquela cabeza direccional está dotada de un

transmisor que, mediante un receptor situadoen la superficie, permite conocer su posiciónexacta en todo momento a través de la pantallade un ordenador.

Una vez hecha la perforación piloto sesustituye el cabezal de perforación por sucesivosconos escariadores que aumentan el diámetro

hasta la medida deseada.

Finalmente, alcanzado el diámetro requeridoen el microtúnel, se engancha la tuberíadefinitiva al varillaje y se arrastra hacia laperforadora.

En cuanto a rendimientos son habituales, porejemplo, los 100 ml/día de media para un DN200 mm, con puntas de hasta 300 m/día eincluso 500 m/día si el equipo dispone de unapotencia de tiro grande (p.j. 250 Tn) y capacidadhidráulica de desescombro del suelo que seexcava (se considera que se evacua un volumende lodo de 3 veces el suelo excavado). Si elsistema es incapaz de hace fluir estosvolúmenes a la velocidad de tiro el túnelcolapsará.

Los costes se mantienen relativamente bajospara los ritmos de trabajo que se consiguenhasta llegar a situaciones especiales como unemisario submarino de unos 500 m de longitudcon perforación a 600 mm para tubo DN 400mm ejecutado con máquina de 250 T de tiropuede alcanzar los 3000 €/ml.

En el siguiente cuadro se muestra unafórmula comparativa entre distintas técnicaspara el coste unitario en diámetros desde 60 a1260 mm. Estas curvas son el resultado de la

extrapolación de resultados publicados poralgunas Asociaciones Estatales de tecnología sinzanja en USA. La perforación horizontal dirigidase expresa con las siglas HDD (cuadro 2).

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Fuerza detiro (kN)

Máximodiámetro (mm)

Máximalongitud (m)

30 200 100

70 300 150

120 400 200

150 500 250

200 700 400

400 1.000 600Cuadro 1



Hinca mediante empujehidráulico con escudo

Tal vez sea éste el método de microtúnel conhinca de tubo más conocido. Con un sistemasimilar al de las tuneladoras convencionales,consiste en una cabeza de avance (escudo) quegenera un frente de excavación, mientrasexpulsa el material que va rompiendo. Pordetrás de esta cabeza avanzan los tubos graciasa unos gatos hidráulicos que empujan sobre elúltimo de ellos.

Existen escudos de dos tipos diferentes:• Escudo abierto• Escudo cerrado

La diferencia principal entre estos dos es queel escudo cerrado utiliza como cabeza de corteun disco rozador del mismo diámetro que lahinca, mientras el escudo abierto se limita a unescudo más pequeño que actúa, eso sí, sobretoda la sección de corte. El escudo abiertopuede disponer distintas herramientas deataque: cazo, rozadora, etc.

Con el escudo cerrado se puede utilizar unsistema de inyección de lodos bentoníticos quecrea un espacio presurizado entre la cabeza y elterreno mejorando notablemente las

prestaciones del sistema. De esta manera seconsigue la perforación de arcillas con grancantidad de agua o de terrenos cuyo nivelfreático se encuentra por encima de la rasantede la tubería. El escudo abierto, por el contrario,deja comunicado el interior de la tubería con elfrente de excavación, lo que limita de maneraimportante su utilización a casos concretos,aunque se recomienda su uso siempre que sepueda (sin presencia de nivel freático) debido algran abaratamiento en coste. La gran innovaciónde este método con respecto a otros es laposibilidad que presenta de poder realizar girosy corregir desviaciones a medida que se avanza.Esto se consigue independizando el trabajo decada uno de los cuatro gatos que empujan, loque permite, jugando con las presiones de unosy otros, girar tanto en planta como en alzado. Elmayor problema que presentan las hincas es queante un imprevisto no se puede retroceder, yaque se coloca la tubería a medida que se avanza,con la consiguiente reducción de diámetro, porlo que si en algún momento se estropeara elsistema o fuera imposible continuar avanzando,sería necesario ejecutar un pozo para la

extracción de la cabeza de corte.

A continuación se describe con más detalle lahinca mediante escudo cerrado ya que se tratade la técnica mas importante empleada en el90% de los casos.

Rangos de utilizaciónLos microtúneles con microtuneladora

(MTBM´s) sin intervención humana en elinterior de la máquina se usan en redes de

infraestructuras con un rango de diámetros de500 mm a 4.000 mm y unas longitudes desdeunos pocos metros a, según los últimos logros,más de 2.500 m.

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Cuadro 2



Una vez alcanzado un cierto grado deconcentración de partículas, y sobre todocuando aumenta la resistencia a compresión

simple del terreno, es aconsejable utilizar latécnica de microtunelación con escudo cerradoEsta tecnología también es de aplicación en elcaso de suelo no compacto con presencia denivel freático.

El tubo de hinca

Aunque excepcionalmente puede ser deotro material normalmente se usa el hormigónarmado (fotografía 8), que puede ser fabricadopor:

Compresión radial: 800 mm hasta 1.400 mm.

Vibrocompresión de alta frecuencia: 1.500mm hasta 3.000 mm.

El diseño de la tubería de hinca estácaracterizado y condicionado por cuatroaspectos fundamentales:

1. Fuerte armado longitudinal, necesario parasoportar las fuertes compresiones que se

producen en las partes superiores de lostubos (fuerzas empuje).

2. Limitación de la longitud útil a 3 metroscomo máximo para evitar el pandeo.

3. El tipo de unión entre tubos se haceintercalando aros de madera conglomeradaente las testas de los tubos. Además cadatubo lleva un zuncho metálico galvanizado(Virola) en uno de sus extremos de formaque para conseguir la estanqueidad de la

conducción se colocará una junta elástica enel extremo de hormigón (macho) del tubopara que en la unión de los tubos haga topecontra la virola.

4. Los tubos de hinca llevan instalados unostaladros metálicos en las paredes del tubopara facilitar su desplazamiento mediante la

inyección de lodos bentoníticos delubricación.

Funcionamiento del sistemaLos equipos anexos a la microtuneladora

(contenedor de pilotaje, unidad de tratamientode lodos, acopio de tubería, bombas decirculación, grupo electrógeno, contenedortaller…) son instalados junto al pozo de ataque.

Desde el pozo de ataque se suministrará lapresión necesaria a la cabeza de corte para quepueda progresar. Para ello se utilizarán una seriede gatos hidráulicos apoyados en el muro dereacción a través de la placa de empuje.

La tendencia actual es la de utilizarbastidores más cortos, permitiendo así reducirel tamaño de los pozos de ataque, en los que loscilindros de empuje se sitúan paralelamente alos tubos, ahorrando así el espacio ocupado porestos últimos.

Para resistir el peso del bastidor, la cabeza ylos tubos, se ha de realizar una losa dehormigón en el fondo del pozo losuficientemente resistente. Dentro de loselementos que componen el pozo de ataque esimportante la instalación de la junta deestanqueidad que la encargada de evitar laentrada al pozo del agua y los lodos deperforación.

Empuje.

El avance de los tubos se realiza mediante laestación principal que está formada por elbastidor de empuje, el cual se apoya por un ladoen el muro de reacción y por otro en el anillo

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de empuje que distribuye las fuerzas alrededorde la circunferencia del tubo. Los cilindroshidráulicos están interconectados para asegurar

que el empuje que ejercen sea igual. El bastidorde empuje tiene como función, posicionaradecuadamente la cabeza cortadora en elmomento de iniciar la perforación, una vezintroducida en el terreno, hace lo propio con lostubos de hinca.

Excavación.La excavación del terreno se realiza a sección

completa por medio de la cabeza de corte.Existe una tipología muy variada de cabezascortadoras, dependiendo del terreno quetengamos que atravesar. La selección de latécnica (“slurry” o presión de lodos, EPB,..) y lacabeza apropiada depende principalmente delos factores geológicos del terreno así como dela presencia o no del agua durante la ejecuciónde la excavación. De esta manera, utilizando undiagrama de clasificación de las partículas delsuelo (tamaño y permeabilidad) se obtiene ungráfico como el de la ilustración.

Las cabezas de corte se distinguen unas deotras por las herramientas de corte que portan ypor la geometría de la rueda, particularmente porel tamaño de las aperturas para evacuar el terreno

hacia el interior de la máquina (Cuadro 4).

Para suelos con arenas y gravas como losaluviales las ruedas de corte se equipan condientes que sueltan las partículas del suelogranular.

Para suelos cohesivos (arcillas, margas,limos,..) se equipan con rascadores o picas quecortan pequeñas lajas de suelo. Además, no esextraño que se equipen jets de lanzamiento deagua a presión para prevenir que las arcillas sepeguen y bloqueen el sistema de circulación de

lodos.

Finalmente, en rocas, las cabezas de corteestán equipadas con discos cortadores alojados

en aperturas de la cabeza que les permitan girar.Así, estas microtuneladoras pueden excavar enrocas blandas de hasta 300 Mpa.

Elección de herramientas de corte y

geometría de la ruedaTodos los sistemas referidos a la rueda de

corte de la MTBM, ya sean herramientas decorte, la machacadora interior, las boquillas de

inyección, etc. son esenciales por ser los quedeterminan la capacidad de ataque al terreno yla consecuente posibilidad de evacuarlo.

Los principales parámetros del terreno quedeterminan la elección de estos elementos son:

a) La dureza o resistencia (en el caso de lasrocas u obstáculos antrópicos).

b) La presencia de elementos aislados conrelativa dureza en el interior de la matriz delsuelo: la dureza intrínseca de los bloques, sus

dimensiones, la compacidad de la matriz yotros. Se considera que los bloques dedimensiones menores que 1/3 del diámetrode perforación no suponen mayor problemaya que la máquina está equipada conmachacadora.

c) La pegajosidad de las arcillas: con IP>30 laslajas cortadas por la cabeza tienen tendenciaa adherirse aumentando el par de rotación dela misma.

d) La abrasividad: en terrenos muy abrasivos

con alto contenido de sílice hay queconsiderar el refuerzo de las herramientas decorte con tungsteno para reducir sudesgaste.

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Cuadro 4



Por otro lado la cabeza de corte de lamáquina está equipada con:

a) Rueda de corte cuyas herramientas seancapaces de romper el terreno bajo la accióncombinada de la rotación y empuje

b) Cono de machaqueo localizado tras la rueday diseñado para reducir el tamaño de laspartículas más grandes del terreno y permitirsu desescombro.

En la siguiente tabla se resumen loscondicionantes y la mejor elección para loselementos de corte y el índice de apertura dela rueda (Cuadro 5).

Elección de la técnica de excavaciónLas microtuneladoras EPB son las ideales

para trabajar en terrenos homogéneos yblandos, con condiciones geológicas estables. Elmaterial se extrae del frente mediante un

tornillo sinfín. Una vez evacuado del tornillosinfín se extrae al exterior gracias a una potentebomba. El modo EPB garantiza la estabilidad del

frente de excavación ejerciendo una presióncontra el mismo sirviéndose del propio terrenoexcavado y alojado en la cámara de excavación,inmediatamente detrás de la rueda de corte.Este terreno excavado puede ser tratadomediante espumas para que pueda ejercer lapresión necesaria.

La técnica “Slurry” (lodos) se refiere a laevacuación del material excavado mediantetransporte hidráulico, transformándolo en unlodo inyectándolo con agua (pura o con

bentonita) a través de la cabeza cortante en elfrente. El sistema está formado por un equipode conducciones y bombeo de descarga avelocidad variable, con unas válvulas de presiónde control, así como un bypass para evitar elretorno del fluido y aislar el flujo de lodoscuando se colocan nuevas tuberías

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Cuadro 5

TIPO DETERRENO

PARAMETROSDETERMINANTES

COMPACIDADDE LA MATRIZ

FUNCIONALIDADPRETENDIDA

ELECCION DE LOSELEMENTOS

ROCA A SECCION

COMPLETA Rcs<200MPa no aplica

Corte de la roca para

reducir a elementos depequeña dimensión

Discos cortadoresAperturas de la cabeza

de dimensiones

compatibles con elcircuito de

desescombro

SUELOSGRANULARES:

BLOQUESCONTENIDOS EN

UNA MATRIZ

Dimensión de losbloques<D/3

no aplica

Permitir a los bloquespenetrar en la cabezaReducir los bloques adimensiones menores

del diámetro delsistema de

desescombro

Cabeza abiertaMachacadora

Dimensión de los

bloques>D/3 yRcs<10MPa

ligera

Corte relativamentefácil de los bloquesEvitar demasiado

empuje

Rascasdores(+ discos cortadores)Cabeza muy abierta

Machacadora standard

compactaCorte relativamentefácil de los bloques

Rascadores(+ cortadoresrotatorios)

Cabeza abiertaMachacadora standard

Dimensión de losbloques>D/3 y

Rcs>10MPa

ligera

Corte muy fácil de losbloques

Evitar demasiadoempuje

Discos cortadores yrascadores

Cabeza abiertaMachacadora potente

compactaCorte de los bloques

dificil

Discos cortadores ypicas

Cabeza abiertaMachacadora potente

SUELOSCOHESIVOS

IP<30 - -Rascadores

Cabeza muy abierta

IP>30 - RascadoresBoquillas de inyección a

presión en cabezaCabeza muy abierta



En esta técnica se colocan indicadoresvolumétricos (tanto en la tubería dealimentación como en la de retorno) y sensores

de presión integrados en el cabezal perforadorpara permitir un control exacto de losrespectivos estados de operación. De estaforma, además de garantizar la extracción delmaterial perforado, se estabiliza el frente deexcavación en el caso de perforación de suelos.Todo el sistema de extracción de lodos secontrola desde el puesto central de mando.

Cabina de control y energíaDesde este punto se gestionan todas las

órdenes del sistema, es decir: bombeo, gatos de

empuje, cabeza de corte, etc. El sistema detectatodos los parámetros de avance, tales como ladesviación vertical y horizontal, la posición delos cilindros de dirección, giro del cabezal,inclinación, avance de la perforación, la fuerza deempuje, etc., le proporcionan al operador unainformación detallada del estado de laperforación.

En este contenedor (en otra sección delmismo) se alojan además los cuadros eléctricosy de automatismo, así como el de control y la

cabeza guía de la grúa.

GuiadoEl sistema de guiado por láser permite definir

con gran precisión la trayectoria y ubicación dela cabeza cortadora. Para tramos rectos constade un emisor de rayo láser instalado en el pozode ataque y una tarjeta de guiado emplazada enel cabezal perforador. Todos los parámetros deguiado se transmiten hasta la central de mando,que controla la correcta ejecución.

En caso de trayectorias curvas se puedenutilizar diversos métodos, pero el más preciso yoperativo es el giroscopio. Este dispositivo secoloca en la cabeza perforadora.

Planta de tratamiento

del material extraídoEl material de desecho junto

con la suspensión se extraemediante bombas centrífugas a lasuperficie, donde los lodosbentoníticos se aislarán delescombro mediante una plantaseparadora constituida detamices vibrantes con unacapacidad de hasta 400 m3/h. Ellodo saneado es a continuaciónreinyectado dentro del circuitode alimentación. Los escombros centrifugadosson recogidos dentro de contenedores que sonregularmente evacuados.

LubricaciónEl deslizamiento de los tubos, puede verse

facilitado por la inyección de un fluido lubricante(bentonita) para reducir el rozamiento. De estamanera pueden aumentarse el número detramos hincados para un cierto empuje.

Otra función del lubricante es la de rellenarel espacio existente entre el terreno y los tubosde hinca. De esta manera se evita que este

espacio se rellene con finos, lo que elevaría lafricción.

Esta operación se realiza mediante un equipode bombeo. Los tubos vienen preparados conunos orificios pasantes por los que se inyecta ellubricante.

Estaciones intermediasEn hincas largas (>100 m) y terrenos duros,

las fuerzas de fricción que el terreno ejerce

sobre los tubos pueden hacer que la presiónaplicada desde la estación principal supere a lapresión admisible de los tubos.

En estos casos es necesario eluso de estaciones de empujeintermedias, que van colocadas entretramos de tubos y están constituidaspor una envolvente exterior deacero y unos gatos hidráulicoscolocados en la periferia del tubo.Mediante la expansión de estosgatos hidráulicos se realiza el empujede las cabezas y de los tubosanteriores repartiendo el esfuerzode empuje necesario para la hinca y

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consiguiendo, de esta forma, mayores longitudesde hinca.

El manejo de estos gatos se realiza desde lacabina de control, al igual que los del bastidorprincipal, siendo una bomba hidráulica situadaen la cabina la que proporciona las fuerzas deempuje.

Una vez terminada la hinca se retiran loscilindros de las estaciones intermedias y secierran con ayuda del bastidor principal,quedando los tubos a tope, como el resto.

Recuperación de la microtuneladora

Una vez alcanzado el extremo del tramo, lamicrotuneladora penetra en el pozo de salida yla máquina es separada para ser elevada a lasuperficie.

RendimientosPara caracterizar el índice de penetración o

avance de una MTBM hay que observar dos

criterios diferentes: la duración teórica de hincade un solo tubo que estaría determinadasolamente por la naturaleza del terreno y latécnica de excavación y el criterio más real quesupone la instalación de la línea completa de latubería que adicionalmente incluye el tiemporequerido para colocar los tubos en la estaciónhidráulica de empuje, la realización de lasconexiones eléctricas, del circuito de lodos,sistemas hidráulicos, etc. para dar continuidad alconjunto. Estas actuaciones que no dependendel tipo de terreno consumen una media de 40a 45 min.

Para el primer criterio varios estudiosapuntan a los siguientes datos:

Una de las más importantes conclusiones esque la duración de la hinca de tubería en arcillas,arenas y gravas es mucho mayor que en arenas

finas. El índice de penetración está directamenterelacionado con la capacidad de demolición deelementos grandes de suelo y la capacidad de sudesescombro. Por ello la velocidad depenetración debe además acomodarse a unritmo que evite la creación de sobre-excavaciónen la cabeza. De igual forma, los problemas deatascos a causa de las arcillas en el sistemaexcavación-desescombro limitan también lavelocidad de avance.

En suelos granulares finos las velocidades depenetración son extremadamente uniformes,así, para dos metros de tubo la media semantiene sobre los 15 min.

En suelos granulares gruesos la velocidad depenetración baja claramente hasta los 35 minpara los mismos dos metros de tubo. En estecaso el valor presenta más dispersióndependiendo de la naturaleza del suelo y otrosfactores, pudiendo llegar a los 45 min.

Este descenso se explica por la necesidad, enfunción de la resistencia del terreno, de respetar

los límites de los esfuerzos que es posibleaplicar en los sistemas de excavación. El par detorsión en la cabeza se incrementa con laresistencia del terreno y los elementos demayor tamaño necesitan ser machacados antesde penetrar en el sistema de desescombro, porello el operador de la máquina debe reducir lavelocidad de avance si pretende respetar losvalores fijados por el fabricante de la misma.

En suelos cohesivos se presenta una granheterogeneidad de resultados, entre los 70 min

de media y los extremos 45 y 100 min que sedan en algunas ocasiones.

Las arcillas mezcladas con agua se vuelvenmás pegajosas y los sistemas de la cabezapueden verse atascados. En este caso además esimportante adaptar las velocidades de hincapara evitar sobre-excavaciones, no superandodicha velocidad la de capacidad de evacuaciónde escombro, obviamente, pues el contenido dearcilla es un factor fundamental en la disparidadde datos y si la máquina no está equipada con

elementos tipo jet de alta presión o no se creaun lodo de calidad para la evacuación bajará elrendimiento a causa de los bloqueos. En otrasocasiones las arcillas se encuentran mezcladas

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con otros terrenos que por ser más duros opresentar grandes bloques imponendeterminados elementos de corte o aperturas

en rueda de corte que luego afectarán a laforma de excavar y evacuar las arcillas.

Duración total de la instalación de la tuberíasegún tipo de terreno (cuadro 6):

Es decir, hablamos de penetración pura de lamáquina 3 a 6 m/h y hasta 9m/h de punta. Acontinuación mostramos los rendimientos devarias obras recientes (cuadro 7):

Costes del sistemaEs extremadamente complicado asociarcostes a tipologías, diámetros, terrenos, etc. yaque existen dispersiones de hasta el 100% enobras con condiciones semejantes. Por ellointentaremos hablar exclusivamente detendencias u órdenes de magnitud.

El coste de un proyecto cualquiera estáconformado por el sumatorio de tres tipos decoste: el coste directo, el coste inducido y elcoste social.

El coste directo es el necesario paraacometer estrictamente la estructura a partirde criterios estrictamente técnicos como sonpara el caso de una obra con MTBM:

Longitud y diámetro de la conducción.Presencia de curvas en el trazado.

Número de pozos y de tramos Tipo de terreno: suelo o roca, presencia de

arcillas, presencia de agua, abrasividad, etc. Modelo y capacidades de la microtuneladora

y la estación de empuje. Tasa de amortización

de los equipos.

Y otros aspectos secundarios como:

Sistema de alimentación de energía (red, gru-pos electrógenos,..)

Número y disposición de las estacionesintermedias

Experiencia del personal y eficiencia del man-tenimiento que determine el índice de averías

El coste inducido representa la cantidad total

de trabajos adicionales en el proyecto, muchasveces previos a la propia ejecución de lainfraestructura, por ejemplo, desvío de servicios,cambios en el mobiliario urbano, redistribución

del tráfico rodado, etc. Estos costes no siempreson tenidos en cuenta en la evaluación de laidoneidad de un proyecto con microtúnel.

El coste social es el de los inconvenientes quetiene para la sociedad determinado proyecto,para lo cual se exige una nada fácil cuantificaciónde los factores molestos en caso de abrir unazanja por ejemplo: interrupción del tráfico o delaparcamiento, degradación medioambiental,ruidos, humos, transportes pesados para lastierras, riesgos de accidentes por caída de lapropia entibación, bajada de la actividadcomercial en la zona, …

Para este tipo de coste se trabaja confórmulas del tipo CS=άcs x CD donde CD esel coste directo y άcs es un coeficienteexpresado en porcentaje, procedente de

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TIEMPO MEDIOHINCA TUBO DE 2m

TIEMPO TOTAL DEL CICLOINCLUIDO CONEXIONES Y

MANTENIMIENTO

ARENAS FINAS 16 min 60 min

ARENAS Y GRAVAS 38 min 90 min

ARCILLAS Y SUELOSCOHESIVOS

70 min 120 min

Cuadro 6

Cuadro 7

TIPO TERRENO DN LONGITUDRDTO MEDIO

DIA 24hRDTOPUNTA

ARENAS FINAS, y algo deARCILLA, TURBA

DN3800 2535m 25m 58m

ARENAS FINAS DN2400 1144m 15m

ARENAS Y GRAVAS DN2400 66m 18m 24m

ARENASY ARCILLAS DN2400 234m 16m 20m

MARGAS DN2000 1294m en 6 tramos 16m 21m

ARENISCAS DN2000 10m

LUTITAS DN2000 20m 30m

ARENAS DN2000 700m en 6 tramos 17m 45m

CALIZAS Y ARCILLAS DN2000 13m 23m

ARENISCAS, GRAVAS,

ARENAS, LIMOS DN2000 7m 12m

GRAVAS DN1800 505m 11m 20m

ARENAS ARCILLASLIMOS

DN1500 50m 10m

GRAVAS DN1500 155m 18m

ARCILLAS PURAS DN600 1500m en 7 tramos 10m 22m



resultados experimentales, y que puedeobtenerse de tablas donde está en función delgrado de sensibilidad de la afección y del propio

CD (cuadro 8).

Coste Directo de excavación

En primer lugar podemos mencionar ciertosaxiomas o tendencias que generalmente secumplen:

1. El revestimiento, generalmente tubos dehormigón, puede suponer el 30% del preciototal. Por ejemplo para DN 1200 mm elprecio del tubo Clase V ronda los 400 €/ml y

para DN 2000 mm los 900 €/ml

2. Los pozos representan entre un 20% y un40% del presupuesto total. Cada pozopodemos estimarlo en condiciones normalesy un DN 2000 mm en unos 50.000 €.

3. En zona urbana los costes se venincrementados (coste pozos, controlvibraciones, tratamientos del terreno, etc.)

4. El coste se incrementa de forma exponencialcon el diámetro (mayor coste de la máquina,

mayor gasto energético, etc.)

5. El coste se incrementa de forma exponencialcon la longitud (desescombro más costoso,mayor tiempo de excavación total implicamás exposición a riesgos geológicos ymecánicos)

6. El coste se incrementa cuanto menor es laestabilidad del frente (excavación en suelos esalgo mayor que en terrenos mixtos y este esalgo mayor que en rocas) aunque este

fenómeno es mucho menor en la técnica delmicrotúnel que en los métodos tradicionaleso las grandes tuneladoras. De hecho losmejores rendimientos se consiguen en arenas

finas y sin embargo una roca abrasiva o lapresencia de bolos en una matriz puedenhundir un rendimiento e incrementar el coste

unitario muy por encima de lo esperadoteóricamente.

En un proyecto, por ejemplo de 1000 m delongitud con tramos de 100 m (11 pozos) paraDN 200 mm tendríamos la siguientedistribución de costes:

El 17% lo constituiría el tubo, el 20% loconstituirían los pozos y el 63% corresponderíaa las operaciones de excavación e hinca.

Se pueden descomponer los porcentajes delúltimo concepto. Así, de las operaciones deexcavación e hinca el 55% son costes del equipoy accesorios del mismo (amortización), el 20%son materiales, excepto el tubo, (bentonita,agua,..) y energía, el 13% el personal de obra yel 10% restante en transportes varios (de lostubos, del escombro, de los equipos etc.).

Esto nos da una idea del peso que tiene laparte fija del coste (el equipo y su puesta enobra), razón por la cual los precios de mercadovarían tanto en función de la longitud. En un DN

2000 mm, por ejemplo, si la longitud no pasa de300 m no es extraño ver costes de hasta 5000€/m que pueden bajar por debajo de los 3000€/m para longitudes de 1000 m.

Conviene llegado a este punto del análisisapuntar algunos otros datos objetivos relativosa los costes de este sistema y en concreto encomparación con alternativas a cielo abierto.Por ejemplo con el sistema de microtúnel semoviliza sólo el 5% de las tierras que en unasolución a cielo abierto. En otro orden se

estima que la vida de las tuberías instaladas coneste sistema es un 50% mayor que las instaladaspor métodos tradicionales.

ConclusionesExisten varias tendencias y conclusiones que

podemos enumerar:

1. La presencia de finos reduce sensiblemente elrendimiento debido a la pegajosidad de lasarcillas.

2. A menor diámetro se consigue un ligeroincremento de rendimiento.

3. A mayor longitud existe una caída lógica pero

Microtunelización

octubre 2010

136

Cuadro 8

άcs (en %)

menossensible

sensiblemuy

sensible

CD

0<CD<0,15M€ 2% 8% 10%

0,15<CD<0,6M€ 4& 9% 14%

0,6<CD<1,2M€ 6% 11% 17%

1,2<CD<1,8M€ 8% 13% 20%

1,8<CD<2,4M€ 9% 15% 22%

2,4<CD<3M€ 10% 16% 24%



no excesivamente significativa delrendimiento.

4. Los rendimientos en obras urbanas son algomenores.

5. El Coef de Utilización = horas reales detrabajo / horas efectivas de trabajo es demedia 0,40 (entre 0,20 y 0,46).

6. La presencia de agua reduce el rendimiento.

7. El rendimiento es mejor con sistemas dedesescombro hidráulico mediante lodos quecon tornillos.

8. Áreas de aplicación para los principalesmétodos sin zanja.

Como resumen general podemos de algunaforma deducir la Idoneidad de los principalesmétodos en función de las condicionesgenerales del proyecto e incluir en el análisis alos microtúneles con dovelas:

+ Particularmente idóneo0 Condicionalmente idóneo- No idóneo

Por lo anteriormente expuesto, se pone demanifiesto la posibilidad de encontrar diversassoluciones técnicas que optimizarán losrecursos, frente a las dificultades que las obrasnos presenten.

La evolución continua de estas técnicas y lacalidad y seguridad que aportan, prometen ungran desarrollo en el presente y unaconsolidación de su aplicación en el futuro.

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