Análisis de la fuerza máxima de empuje neta para una tuneladora de roca en terrenos mixtos ejecutado mediante modelización numérica

Abstract

La elevada comercialización de la tuneladora en países como Suiza o España ha facilitado mucho su evolución debido a la experiencia adquirida con su utilización, un ciclo que se retroalimenta ampliando así el mercado de estas máquinas y sus posibilidades, capaces de trabajar en situaciones cada vez más extremas. Una de sus utilizaciones más comunes en la actualidad es la excavación de túneles a poca profundidad en zonas urbanas, dadas las reducidas molestias que ocasiona entre la población al minimizar ruidos y vibraciones. Estos terrenos urbanos se caracterizan por ser estratificados, ya sea por alteración del material original o superposición de diferentes, lo que acostumbra a conllevar excavaciones en terrenos no homogéneos y con ello la aparición del fenómeno de los terrenos mixtos. Sin ir más lejos, en la excavación de la L9 de Barcelona aparecieron problemas relacionados con este fenómeno, concretamente con el desgaste prematuro de los cortadores al trabajar en este tipo de condiciones. Los cortadores tienen una capacidad de carga determinada en función del material con el que son diseñados y de su dimensión. Este valor limita la fuerza aplicada por los cilindros de empuje si se pretende garantizar un desgaste controlado de estos instrumentos, puesto que parte de esa fuerza, la denominada fuerza de empuje neta, se transfiere al frente de excavación y en consecuencia a los mencionados cortadores. En terrenos homogéneos, este límite es fácilmente calculable debido a la axisimetría de la situación. Por contra, cuando no se puede considerar que el terreno goce de estas características, diversos factores suplementarios afectan en el análisis de esta fuerza. Este estudio analiza cómo afectan estos factores concretamente en un medio rocoso formado por un solo material, pero considerado estratificado a causa de los diferentes grados de meteorización de la propia roca.