Las tuneladoras (TBM, por sus siglas en inglés) han transformado la forma en que se desarrollan las infraestructuras subterráneas, haciendo que el proceso sea más rápido, seguro y eficiente. Sin embargo, las TBM enfrentan desafíos geomecánicos significativos a medida que atraviesan diferentes condiciones del terreno, lo que requiere adaptabilidad en su diseño y operación. Se espera que estas máquinas perforen a través de diversos materiales geológicos, desde suelos blandos hasta rocas duras, cada uno presentando desafíos únicos que impactan el rendimiento de las TBM y los resultados de los proyectos. Comprender completamente estas condiciones es esencial para garantizar la ejecución fluida de los proyectos de túneles.
Uno de los desafíos más comunes surge cuando las TBM encuentran suelos blandos como arcilla, limo, arena o grava. Estos materiales a menudo tienen una baja capacidad de carga, especialmente cuando están sueltos o saturados de agua, lo que puede resultar en deformación del terreno y problemas de asentamiento. Dicha inestabilidad puede causar vacíos detrás de la máquina, lo que lleva a la subsidencia de la superficie y posiblemente a daños significativos en las estructuras cercanas. La infiltración de agua es otro problema crítico en suelos permeables, lo que requiere sistemas extensos de desagüe o máquinas basadas en lodo para mantener la estabilidad del túnel. En algunos casos, especialmente en suelos sin cohesión, la inestabilidad del terreno puede causar bloqueos o atascos, lo que hace necesaria la adecuación del terreno y el uso de medidas de soporte apropiadas.
Por el contrario, perforar a través de roca dura presenta un conjunto diferente de desafíos. La roca dura tiende a ser altamente abrasiva, lo que provoca un desgaste rápido en las herramientas de corte de la TBM, lo que lleva a mantenimientos frecuentes y tiempo de inactividad. Esto no solo ralentiza el proyecto, sino que también aumenta los costos. Además, perforar a través de capas de roca estratificada con resistencia variable puede resultar en una resistencia de corte desigual, lo que genera vibraciones en la máquina que reducen la eficiencia operativa. Las zonas de rocas fracturadas o falladas presentan riesgos adicionales, como derrumbes o estallidos de roca, lo que complica aún más el proceso. Las técnicas de refuerzo adecuadas y el monitoreo en tiempo real son cruciales para mitigar estos peligros.
Las transiciones de terreno, cuando la TBM pasa de suelos blandos a roca dura o viceversa, son particularmente desafiantes. Estas transiciones pueden resultar en cambios abruptos en las condiciones de excavación que ejercen un estrés significativo en la máquina. Si no se gestionan correctamente, estas condiciones pueden causar daños en el cabezal de corte y tasas de excavación impredecibles. Se emplean diseños personalizados de TBM que puedan adaptarse a condiciones de suelo mixto para abordar estos desafíos y asegurar transiciones suaves. En zonas con alta presión de agua subterránea, se seleccionan máquinas de lodo o de equilibrio de presión de tierras (EPB) para estabilizar el terreno mientras controlan el flujo de agua, mitigando el riesgo de inundaciones y colapsos.
Además de estos desafíos mecánicos, el monitoreo geotécnico efectivo es crítico para el éxito de cualquier proyecto con TBM. La recopilación de datos en tiempo real de instrumentos geotécnicos, como inclinómetros y piezómetros, permite a los ingenieros monitorear el movimiento del terreno, la presión del agua y la distribución de tensiones, proporcionando advertencias tempranas sobre posibles riesgos como subsidencia o colapso. La modelación predictiva, utilizando estos datos en tiempo real, puede predecir el rendimiento de la máquina y el comportamiento del terreno, ayudando a los equipos a optimizar parámetros de la máquina como la velocidad de corte y el empuje. Esto permite la toma de decisiones proactiva que minimiza el tiempo de inactividad y el desgaste del equipo, mejorando en última instancia los resultados del proyecto.
Para abordar estos diversos desafíos geomecánicos, la tecnología desempeña un papel crucial al equipar a las TBM con la inteligencia necesaria para adaptarse en tiempo real. DAARWIN, una plataforma geotécnica integral, y Gemini, una solución específica desarrollado en colaboración con ACCIONA, están a la vanguardia de esta innovación. Mientras que DAARWIN proporciona un marco general para el análisis de datos y la toma de decisiones en entornos geotécnicos, Gemini se centra específicamente en las operaciones de perforación mediante el uso de algoritmos de aprendizaje automático para analizar los parámetros de las TBM y las condiciones del terreno en tiempo real.
Gemini ofrece conocimientos predictivos y capacidades de detección de anomalías que mejoran significativamente las operaciones de las TBM en terrenos geológicos desafiantes y variados. Su capacidad para recopilar y analizar continuamente datos asegura que los operadores de TBM cuenten con análisis predictivos en tiempo real. Esto es particularmente útil cuando se trata de transiciones entre suelos blandos y roca dura, o cuando surgen condiciones impredecibles como roca fracturada o alta presión de agua subterránea.
Además, los análisis predictivos en Gemini van más allá de la simple supervisión; empoderan a los ingenieros para tomar decisiones informadas antes de encontrar problemas geomecánicos críticos. Por ejemplo, al identificar preventivamente zonas con alto potencial de abrasión o áreas donde la presión del agua subterránea podría afectar la estabilidad del túnel, los operadores de la TBM pueden ajustar configuraciones para minimizar el desgaste y optimizar las tasas de excavación. Este enfoque proactivo no solo minimiza el tiempo de inactividad operativo, sino que también mejora la vida útil general de la máquina.
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