La seguridad es fundamental en la construcción de túneles, ya que la exposición de los obreros subterráneos es altísima y los accidentes que ocurren por desprendimiento, squeezing o explosiones son gravísimos o muchas veces fatales, lo que obliga a la industria a innovar y mejorar los procesos.

Destaca el desarrollo continuo de las máquinas Tuneladoras o TBM (del inglés Tunnel Boring Machine), que permiten abordar las más variadas condiciones geotécnicas, ya sean suelos finos, medios o duros (rocas).

Son utilizadas principalmente para túneles largos en infraestructura subterránea superiores a 5 km, que permitan absorber los costos asociados a la adquisición y operación de estos equipos.

En ese sentido, en Chile se está cambiando el concepto de diseño de túneles, tanto mineros como de infraestructura urbana, intentando aplicar este tipo de soluciones por medio de análisis de costos asociados y diseño de los parámetros de utilización. Codelco y específicamente la Vicepresidencia de Proyectos (VP), han impulsado el uso de maquinarias y tecnologías de última generación para el desarrollo de excavaciones mineras.

Se ha trabajado en diversos focos, como la evaluación de uso de TBM en los túneles de gran sección. De igual forma, Metro de Santiago ha considerado dentro de las variables de diseño de las futuras líneas la utilización de equipos TBM, principalmente en la alternativa de construcción de la futura Línea 7, que tiene una intención de trazado paralelo a la actual Línea 1 y que permitiría generar una línea con menos estaciones y de trazados más largos, lo cual respaldaría un diseño en base a este sistema de excavación. Todos estos criterios han sido expuestos en el 2° Congreso Latinoamericano de Túneles y Espacios Subterráneos desarrollado en la ciudad de Santiago el pasado 28 y 29 de septiembre.

El país cuenta con algunas experiencias con TBM que, de alguna manera, abrieron el camino para su lenta introducción. Hace más de 20 años Codelco construyó el acueducto Río Blanco en El Teniente con una máquina tunelera. Más actual es el túnel de exploración Sur en Los Bronces, de Anglo American, y un tercer proyecto, aunque hidroeléctrico, se ejecutó con una TBM en la Central de Pasada Chacayes de Pacific Hydro. Dentro de los proyectos que hoy están trabajando con TBM, se encuentran el proyecto de centrales Alto Maipo (AES Gener) y la Central Los Cóndores (ENDESA), junto al proyecto minero Andina 244 de Codelco, los que consideran el uso de máquinas tuneladoras.

Uno de los parámetros que ha restringido el uso de TBM en Chile es el alto costo que esta tecnología implica, requiriendo proyectos de gran envergadura, que puedan absorber este sistema durante la vida útil del proyecto, o que en su defecto el costo-beneficio de este por sobre los métodos tradicionales.

Según la experiencia europea, señalada por Rolando Justa Cámara, Director del Departamento de Túneles y Obras Marítimas de Acciona Infraestructura (España), es posible reducir costos de implementación de sistemas de TBMs, aplicando el reacondicionamiento de equipos ya utilizados en otros proyectos, adaptando las secciones de los proyectos a equipos existentes, siempre asesorados y respaldados por las compañías fabricantes con piezas y repuestos originales.

Además, Acciona Infraestructura ha desarrollado un completo sistema de producción de revestimiento (dovelas) que lleva a disminuir los costos adicionales de importación y certificación de materiales, entregando un producto estandarizado y probado de alta calidad.

Esto es un desafío para las grandes empresas constructoras del país, que tienen la capacidad económica y técnica de generar un respaldo de esta envergadura de acuerdo a la implementación de la tecnología TBM en Chile.

El sistema TBM es un proceso industrializado de construcción de túneles, que conlleva el desarrollo de un tren de trabajo que consta no solo del equipo perforador en la parte frontal, sino que de una serie de carros de trabajo que permiten ir completando las etapas del proceso en forma continua y estandarizada.

Una de las cualidades de las máquinas tuneladoras es que son capaces de excavar túneles a sección completa, a la vez que colaboran en la colocación de un sostenimiento si este es necesario, ya sea en forma provisional o definitiva. La excavación se realiza mediante una cabeza, generalmente giratoria, equipada con elementos de corte y accionada por motores hidráulicos que se impulsa a través de gatos hidráulicos o Grippers que se afirman en el último anillo construido o contra terreno. Detrás del sistema de excavación existe un BackUp conformado por diferentes carros o plataformas que van unidas a la maquina principal y que son arrastradas a medida que avanza la perforación, guiado por rieles que se van instalando a medida que se genera el avance.

Estas plataformas junto con servir de apoyo a los sistemas operativos, sirven para ir seccionando las etapas de sostenimiento o revestimiento y sucesivamente carros de acopio de dovelas y materiales, servicios, motores, transformadores y correas transportador para el material excavado que forman parte de la línea de producción. Una tuneladora puede tener largos entre los 100 m y 300 m, lo que obliga a contar con espacios suficientes para la entrada o salida de todo el tren de perforación. Esto es uno de los conflictos para ser utilizadas en zonas urbanas, necesitando iniciar generalmente en la periferia de las ciudades o bordes costeros que permitan contar con dichos espacios.

• Tuneladoras Abiertas (Topos): Mientras gira la cabeza, un sistema de cilindros de empuje presiona a los cortadores contra la roca. La transferencia de estos altos empujes a la roca a través de los cortadores hace que aquella se fracture, creándose lajas de roca que se desprenden del frente de perforación. El sistema exclusivo de codales flotantes de anclaje reacciona contra los hastiales del túnel permaneciendo estacionario mientras los cilindros de empuje se extienden, permitiendo que la viga principal avance a la tuneladora. La máquina puede guiarse de modo continuo mientras que se produce el anclaje a las paredes del túnel, que reacciona al empuje de perforación descrito.

Tuneladora abierta Tipo TOPO.

• Tuneladoras Simple Escudo: Ofrecen protección a los trabajadores contra los desprendimientos del terreno hasta que el anillo de revestimiento puede ser instalado con seguridad. El cuerpo de la máquina va encapsulado en un escudo cilíndrico de diámetro ligeramente inferior al de excavación del túnel. La cabeza de corte plana y sin protuberancias minimiza las perturbaciones en el frente de túnel mientras se excava y evita el desprendimiento de bloques grandes de roca que podrían provocar sobreesfuerzos de perforación. Mientras gira la cabeza, un conjunto de cilindros hidráulicos dispuestos en forma de anillo empujan a la máquina reaccionando, a través de zapatas, contra el anillo de revestimiento prefabricado (dovelas), ya instalado.

Tuneladora Simple Escudo.

• Tuneladoras Doble Escudo: Constan de una cabeza de corte rotativa unida a su soporte y seguida de tres escudos: un escudo telescópico (escudo interno de menor diámetro que se desliza al interior de los escudos exteriores), un escudo de anclaje, o “gripper” y un escudo de cola. En el modo de funcionamiento normal (“modo Doble Escudo), las zapatas de anclaje empujan sobre los hastiales del túnel para reaccionar contra los empujes de perforación. Los cilindros de empuje principal se extienden para empujar a la cabeza de corte hacia delante. La cabeza de corte rotativa corta la roca. El movimiento del escudo telescópico mantiene la máquina a cubierto y protegida del terreno durante su avance de perforación.

Tuneladora Doble Escudo.

• Tuneladoras EPB (Earth Pressure Balance):
La EPB dispone de un escudo articulado que va sellado contra la presión de avenidas de agua de hasta 10 bar. Controla la estabilidad del túnel y los asentamientos en superficie mediante el control y ajuste de la presión en el interior de la cabeza de corte, hasta alcanzar el equilibrio con la presión a la que la cabeza está sometida, de ahí su identificación con el “Equilibrado de la presión del terreno”. Los primeros tres sistemas son utilizados principalmente en rocas, de acuerdo a las diferentes características del macizo, y las EPB son utilizadas en suelos blandos o con presencia de napas subterráneas. Las tuneladoras tipo abierto pueden trabajar en rocas que van desde competentes a ligeramente fracturados, en cambio las con escudos son utilizadas en rocas medianas y altamente fracturadas con alta posibilidad de daño a los trabajadores.

Tuneladoras EPB.

Los presentes y futuros proyectos que se tienen en carpeta en el país, tanto en la industria minera, energética, vial y de transporte de pasajeros, junto con la necesidad cada vez más creciente de poner en marcha proyectos subterráneos en plazos más reducidos y con mayor seguridad durante la excavación, permiten vislumbrar posibilidades para un cambio tecnológico en lo que a excavación de túneles se refiere en Chile. Entre los proyectos viales y de transporte urbano que involucran desarrollo de túneles y que permitirían analizar un potencial uso de TBMs se encuentran:

• Autopista Vespucio Oriente en la ciudad de Santiago: Se plantea la construcción de un túnel doble desde Avenida Grecia hasta el Salto en un tramo de 6,8 km en doble tubo (bi-tubo).

• Futura Línea 1 Express o Línea 7:
Se plantea desde Maipú Hasta Tobalaba, paralela a la actual Línea 1, trazado tentativo que según la Presidencia de Metro debería contar con los estudios de ingeniería terminados durante el primer semestre de 2016.

• Túneles de Corredores de Integración comercial con Argentina y el Polo Sur:
Como son el “Túnel TransAndino”, que está en fases de estudios finales y que generaría un corredor comercial entre Valparaíso y Mendoza. Además, se encuentra el proyecto “Corredor Bioceánico Aconcagua”, que también consta de un túnel de tipo ferroviario para transporte de carga comercial que uniría ambos Países desde la localidad de Saladillo (Chile) y Punta de Vacas (Argentina), que cuenta con 3 alternativas de Túnel de entre 33 y 53,5 Km de longitud.

• Túnel Aguas Negras en la cordillera de la Cuarta región:
Permitiría la salida de mercancía de San Juan Argentina por el puerto de Coquimbo durante todo el año. De igual forma en el desarrollo vial no se pueden dejar de lado posibilidades de conectar zonas cordilleranas que puedan generar una futura carretera paralela a la Panamericana y que permitan contar con vías alternativas de alta velocidad que conecten al país. Además, se visualizan futuros túneles de transporte en la ciudad de Concepción, que hagan posible conectar la ciudad y un eventual cruce bajo el Rio Bío Bío, que permitiría ser una alternativa a la construcción de futuros puentes comerciales o de reposición de los dañados durante el 27F. Con estos desafíos, es importante entregar las herramientas necesarias a los futuros profesionales que estén relacionados en el diseño y construcción de túneles, aplicando las tecnologías de TBMs a lo largo del país en sus diferentes proyectos, tanto mineros, urbanos, industriales y de generación de energía, permitiendo aportar un menor impacto al medio ambiente, tanto visual como en la flora y fauna.