DGTM Estudi desgast excavacioa

Direcció de projecte: Direcció General de Transports i Mobilitat

  Altres participants: GISA

  Període: gener de 2013 – desembre de 2013

 

Descripció

Estudi del rendiment, desgast i abrasivitat a l'excavació mecanitzada de túnels en relació amb les característiques geològiques del terreny.

El treball se centra en les tuneladores de pressió de terres i, més concretament, en el funcionament de la tuneladora Herrenknech –fabricant alemany que és líder mundial del sector- amb què s’està construint l’L9 al Prat de Llobregat. S’observa que les tuneladores són un mètode més segur per construir túnels a zones urbanes que els mètodes més convencionals.

L'estudi utilitza les dades recollides durant l'excavació de tots els trams de l’L9 sobre el funcionament i el desgast de les eines d'excavació de les tuneladores emprades durant la seva construcció. Aquest funcionament es relaciona, d'una forma sistemàtica, amb les característiques geològiques i geotècniques dels materials travessats que presenten una gran varietat, des de roques dures i abrasives a terrenys de sòls tous. A fi de quantificar amb més detall aquesta interacció, s'han realitzat assajos d'abrasivitat sobre tots els materials travessats que permeten relacionar més estretament el funcionament de les eines de tall amb la qualitat i les característiques de la roca.

Pel que fa a la innovació, cal destacar l’esforç de taxonomia i els paràmetres adients trobats que relacionen el tipus de materials i formes de les eines amb el tipus de sòl que estan tractant (com la pressió de la cambra d’excavació, la força d’empenta o el parell), la qual cosa facilitarà les excavacions següents ja que, depenent del sòl a tractar, s’haurà de millorar la forma de les eines i l’ús que se’n fa. També en relació amb la refrigeració en el moment del tall. Aquests resultats són conseqüència de prestar una especial atenció als diferents tipus d’eines de tall amb què treballen les tuneladores i al seu desgast així com d’utilitzar, de manera conjunta i rigorosa, les observacions de camp, el tractament avançat de dades i els assajos de laboratori.

Els principals problemes deriven de no poder determinar l’abrasivitat de tots els tipus de roques i, normalment, queden fora del rang les més toves (com les cornubianites, miocens, granits de grau III, IV i V), per la qual cosa no es poden fer pronòstics amb models que són molt potents, com ara NTNU, que són empírics sobre dades estadístiques de més de 250 km de túnels, però que només tenen en compte paràmetres de tuneladores, de roca intacta i massís rocós. L’abrasivitat dels materials és un paràmetre fonamental per determinar el desgast de les eines de tall; per tant, el desgast s’ha d’avaluar com a una propietat geotècnica més en els estudis geotècnics de qualsevol projecte.

L’assaig LCPC (AFNOR, 1990) permet avaluar l’abrasivitat en tot el rang de materials que poden haver-hi durant a la perforació. És relativament senzill i econòmic, i proporciona resultats qualitativament similars a d’altres mesures d’abrasivitat més comunes però amb un rang d’aplicació més petit.

  En aquest estudi, d’acord amb la base de dades, s’han avaluat el consum de les eines i la seva vida útil, de manera que estiguin relacionades amb l’abrasivitat i d’altres propietats geotècniques que tenen en compte la heterogeneïtat dels materials. S’han presentat alguns criteris de desgast analitzats i relacionats amb la tipologia del dany i el desgast de les eines. Els registres de canvi d’eines s’han relacionat amb els paràmetres d’operació que també s’han registrat i els que se’n deriven, com ara l’energia específica i les propietats geotècniques, la qual cosa que ha permès obtenir correlacions interessants.

Es compara el control i el canvi d’eines de diferents tuneladores i es remarca el fet que controlar el desgast de les eines és relativament senzill i econòmic si es compara amb les avaries que es poden produir per un control insuficient i les conseqüències econòmiques corresponents.

Com a conclusions, cal reflexionar sobre la importància i els beneficis que aporta un correcte manteniment de la tuneladora, es fa èmfasi en el fet que fer una bona previsió de les possibles avaries que pot patir ajudarà a evitar llargues aturades i el corresponent cost econòmic.