- ¿En base a que elementos esta hecho para su resistencia al impacto?
- ¿Sera necesario el uso de solamente elementos metálicos?
- ¿Los elementos deben tener una baja conductividad térmica?
- ¿La composición química debe ser balanceada?
- ¿Los elementos utilizados deben tener propiedades adicionales a los ya obtenidos?
Estructura:
- ¿La estructura deben defectos puntuales o lineales?
- ¿Que tipo de estructura sera necesaria para su función que desenpeñara?
- ¿las dilocaciones que tendrá la estructura sera necesaria para su resistencia al desgaste?
- ¿La estructura debe someterse a esfuerzo de corte?
- ¿Es necesario que la estructura se un BCC?
Propiedades:
- ¿Que reacción determina el impacto y desgaste?
- ¿Que influye al material su constate impacto y desgaste?
- ¿Sera necesario que sea inoxidable?
- ¿debera soportar la presencia de gases inflamables?
- ¿Capaces de resistir fuertes vibraciones?
Aplicacion:
- ¿Se deberá hacer un reconocimiento geológico, geotectónico e hidrogeologico en fase del proyecto?
- ¿Se hará un estudio sobre las tensiones de las rocas para evitar episodios de estallido de rocas o fluencia?
- ¿Se deberá tener en cuenta la temperatura debajo de la tierra?
- ¿El proceso de excavacion siempre sera horizontal?
- ¿Se deberá tener un sistema de ventilacion para los componentes que están en movimiento?
Microestructura:
- ¿Que características de la estructura limitan la resistencia al desgaste? - ¿Que debe ser ser la estructura para evitar el desgaste y el impacto? - ¿Que tipo de estructura sera resistente a impactos producidos por la rotación de la tuneladora? - ¿La estructura debería ser demasiado compacta para resistir desgastes e impactos? ¿Que hace que sea tan resistente al desgaste y al impacto?
Procesamiento:
- ¿Que elementos de aleación deben utilizarse? - ¿En que porcentaje se deberán de tomar? - ¿Basada de acero, revestido con titanio? - ¿Sera necesario el uso del material inteligente? - ¿Que otros tipos de aleaciones se podrían usar?
Composición:
- ¿Como se procederá para poder revestir el acero con otros elementos? - ¿Se podrá utilizar soldadura para la unión de elementos que de mayor resistencia al desgaste y al impacto? - ¿El proceso de soldadura afectaran sus propiedades? - ¿Se debe tener en cuenta su peso para poder manipularlo en su ensamble? - ¿La temperatura donde se lleva acabo su funcionamiento sera la indicada?
Desempeño:
- ¿Que tan robusto son los dispositivos? - ¿Cual sera el costo de fabricacion? - ¿Se podrá llevar a fundir los elementos ya utilizados para elaborar otros? - ¿Cual es la razón resistencia a densidad ? - ¿Como esta relacionado el desgaste con la resistencia y el impacto?
De acuerdo con investigaciones históricas realizadas, la construccion de obras subterráneas es una actividad humana que data desde muchos años e incluso se remonta hasta los mismo orígenes de la humanidad.
Si nos remontamos a la aparición del hombre sobre la tierra, es evidente que una de sus primeras preocupaciones, producto de su razonamiento, fue la selección de lugares adecuados para protegerse de las inclemencias del tiempo y los animales salvajes.En esa búsqueda, los lugares mas seguros resultaron ser las cuevas , en donde indudablemente para hacerlas mas habitables, se debían llevar a cabo trabajos de adaptacion.
A través de la historia se mencionan muchas historias acerca de la actividad humana en obras subterráneas durante la antiguedad,las primeras herramientas que se usaron para la excavacion de túneles fueron herramientas manuales sencillas,con las que se removian suelos y rocas blandas.Cuando se trataba de excavar rocas duras se cree que recurrian a los cinceles, mazos y palancas para arrancar el material.
Después de la caida del imperio romano, durante la edad media, la construccion de tuneles entro en una epoca de inactividad y las pocas obras que se hicieron tenian escasa importancia, hasta el punto que nadie las mencionaba.
Hacia 1450 antes del descubrimiento de América, se inicio la perforacion del primer túnel en lso alpes proximos al mediterraneo, buscando la comunicacion mas directa entre Niza y Genova.
Hacia 1600 se empezo a utilizar la polvora en mineria superficial y subterranea. En tuneles la polvora se empleo por primera vez para excavar entre 1679 y 1681 el tunel de Malpas al sur de francia.
En cuanto a herramientas, la preocupacion de los primeros constructores de tuneles se encamino hacia la necesidad de perforar huecos para alojar los explosivos.En esta búsqueda, los primeros nstrumentos aparecidos correspondieron a perforadoras de rotacion, conociendose como una de las primeras la de Kranner, quien la utilizo manualmente hacia 1845 en Praga.Casi al mismo tiempo ,hacia 1844 en estados unidos, Brunton empleo el aire a presion para los martillos y en 1847 el frances Germain Sommeiller ideo la perforadora de rotopercusion, con la que se dio a la ingeniería de tuneles la posibilidad de acelerar los procesos de excavacion, y como consecuencia de esto, un aumento importante de los rendimientos.
A fines de 1825, el ingeniero frances Marc Isambard Brunel utiliza un escudo circular para la perforacion , legalizado por dos patentes concedidas en 1818.
Después que Brunel invento el escudo, numerosos investigadores se dieron a la tarea de perfeccionarlo, llegándose ahora a producir maquinas perforadoras de tuneles(Tunnel Boring Machine, TBM) altamente automatizada, sin las cuales no hubiera sido posible la construccion de gigantescas obras.
Estado Actual de la Tecnología en Tuneladoras
La construccion de túneles mediante tuneladoras se inicio, salvando actuaciones historicas puntuales, en la segunda mitaddel siglo XX y se ha manifestado de forma espectacular en los ultimos veinte años. Como consecuencia de la gran expansion registrada en la construccion de túneles con tuneladoras, estas han experimentado unos cambios tecnologicos muy importantes que , a menudo, hacen complicada la elección de la tuneladora mas apropiada para la construccion de un túnel.
Para tratar de clarificar esta situacion, en los apartados siguientes se presentan las características basicas de los diferentes tipos de tuneladoras actualmente existentes.
Tipos Basicos de Tuneladoras
Existen dos tipos de tuneladoras que se han diseñado para ser utilizadas en terrenos completamente diferentes:
Tuneladoras de superficie dura:
Las tuneladoras de roca dura se conocen tambien como T.B.M (Tunnel Boring Machine) o simplemente topos, son maquinas robustas y relativamente simples, que funcionan empujando contra el terreno unos discos de metal duro que producen la rotura del terreno de tal forma que la roca se laja, y es atraída Las caracteristicas de la roca que limitan el funcionamiento de estas maquinas, son, como limite superior, la resistencia a compresion simple y el contenido de cuarzo y como limite inferior , la sostenibilidad del terreno durante la mediante cangilones en la cabeza de corte que vierten el escombro en una cinta que asu vez lo vertera sobre otra lateral hacia el exterior o sobre vagones. El sostenimiento suele hacerse con sistemas convencionales, es decir , bulones, cerchas y hormigon proyectado. Para absorber la reaccion de la cabeza de corte y hacer avanzar la tuneladora, las TBM se apoyan en el terreno mediante unos codales transversales (grippers).
excavacion y su resistencia para que los grippers se puedan apoyar.
Tuneladoras de superficie blanda:
Las tuneladoras usadas son la de escudos de presión de tierras(EPB: Earth Pressure Balanced) se usan cuando el frente de la excavacion no es estable. Estas maquinas estan envueltas por un cilindro metalico que sostiene el terreno tras la excavacion y permite colocar sostenimiento en su interior (un anillo de dovelas de hormigon)sin que exista ninguna interferencia. En el frente hay una camara de excavacion que se mantiene bajo presion, y en ella se amasan los terrenos excavados empujandolos contra el frente con unos cilindros hidraulicos. En algunas ocaciones, en funcion de la facilidad del terreno a ser amasado, se añaden agentes espumantes, polimeros o suspensiones de arcillas .
La extraccion del material se hace mediante un tornillo de arquimedes estanco. La presion del frente se consigue controlando la entrada y salida de material de la cámara, mediante la regulacion de la rotacion del tornillo y la velocidad de avance.
Tuneladoras de superficie humeda:
Los hidroescudos son adecuados para terrenos constituidos por arena sueltas o gravas arenosas, que dificultan el amasado.Son similares a los escudos de presion de tierras, pero presentan dos grandes diferencias:
la presion de tierras en la camara se logra mezclando el terreno excavado con un lodo de agua y arcilla(slurry). Consiguien un excelente control de la presion, y el coste energetico es mucho menor.La extraccion del material se hace mediante una tuberia, bombeando la mezcla hacia el exterior. La desventaja de este tipo de maquinas es el tratamiento del terreno extraido, mezclado con lodos, que exige plantas de gran superficie para la separacion de las particulas mas finas.
La Construccion realizada por el hombre en el interior de la tierra con el fin de suplir alguna de sus necesidades se denomina obra susterranea . En desarrollo de esta actividad de ingeniería, bajo la superficie terrestre se han aplicado excavaciones para extraccion de minerales, conducción de aguas, vias de comunicacion, sistema de transporte masivo, deposito de combustible, industrias, parqueaderos, instalaciones energeticas,refugios etc.
Dependiendo de su destinacion, las obras subterraneas se pueden construir de diversas formas y magnitudes, destacandose como mas comunes las denominadas bajo los nombres de cavernas o camaras, pozos y tuneles.
A si mismo las maquinas juegan un papel importante para poder cumplir con estos procesos y es por eso la necesidad de conocer a fondo sobre como son y su funcionamiento.
las Maquinas tuneladoras estan haciendo grandes aportes al desarrollo de la movilidad y las construcciones civiles a nivel mundial.Estas maquinas son utilizadas para realizar tuneles o galerias de trenes de alta velocidad, metros, conductores de acueducto y alcantarillado, ingreso y salidas de agua para hidroelectricas, vias rapidas en autopistas ,tambien es usado en un sistema de conduccion del escombro por vía húmeda mediante bombeo
El presente trabajo es un estudio acerca del diseño del material usando el tetraedro de la ciencia de los materiales para evitar el desgaste y mejorar la resistencia al impacto que sufren los elementos que esta en constante movimiento rotativo en las maquinas tuneladoras.
