Definición de un modelo para la estimación de la fuerza de arranque en la excavación mecánica de túneles en suelos y rocas

Abstract

Las máquinas de excavación mecánica de túneles y en particular lasmáquinas microtuneladoras, emplean cabezales equipados con útiles decorte que habitualmente son de tres tipos: rascadores, picas y discos decorte.Hasta la fecha cada uno de estos tipos de útiles se han estudiadoindependientemente y con mayor profusión el proceso de arranque enroca, existiendo muy pocos estudios del proceso de corte en suelos.Los modelos existentes suponen el área de contacto entre el útil y elterreno conocida. Sin embargo, el área de contacto es difícil dedeterminar, como ya indicaron investigaciones precedentes, debido a quepor un lado existe una zona de pulverización alrededor de la punta del filode valor desconocidoEn la presente tesis se analiza el proceso de corte unificado aplicable atodo tipo de útil en la excavación tanto de suelos como de rocas, para locual se expone un nuevo modelo, denominado función T, que permitecalcular el valor medio de los chips generados durante el arranque. Lafunción T no supone conocida el área de contacto entre el útil y el terrenosino que supone que la fuerza aplicada se distribuye en un área, quedenominamos de reparto, desconocida. Podemos estimarestadísticamente una función B(p) que relaciona ésta con la penetración yque obtenemos a partir del análisis de los registros de perforación de 6,5km de túnel.La función T tiene aplicaciones prácticas, que no pueden ser aportadas porlas funciones precedentes en campos tales como el diseño de cabezales, laestimación del rendimiento de excavación o el control de la calidad delproceso de excavación.Puesto que la función T es aplicable a cualquier tamaño de útil, estaserviría, a futuro, para el diseño de tuneladoras que permitiesen arrancarbloques de gran dimensión. Dichas tuneladoras aún no se fabrican porquese carece de un estimador fiable de la fuerza que permitiese dimensionarel prototipo requerido, de grandes dimensiones, necesitándose en sufabricación componentes no estandarizados, de elevadas prestaciones.