Introducción: Características de los terrenos, generalmente blandos o ciegos, y los condicionantes de su entorno han propiciado el uso de escudos que con una amplia variedad da respuesta satisfactoria a cualquier demanda. La única dificultad es en túneles con terrenos variables que exige una adaptabilidad y versatilidad grandes en las maq

Qué es un escudo: Estructura rígida y resistente que introducida en el túnel proporciona un área estable y segura en la zona en la del frente protegiendo contra el colapso en bóveda y hastiales e incluso del propio frente de excav

Distintos comportamientos de los terrenos blandos: Pueden diferenciarse hasta 6 tipos como respuesta a las solicit. Terreno estable: máquina puede avanzar una dist (1-3m) sin necesidad de sost inmediato. Dentro de este tipo están las arcillas duras y cementadas y materiales granulares con cohesión. Terreno desmoronable: Son las que se desmoronan el techo y en la parte alta del frente de excavación, son pequeños trozos que caen en la zona excavada. La acción es progresiva y puede producir una chimenea en la zona alta de las excavaciones. En esta clase están las arenas poco adherentes, limos y arenas finas con cohesión aparente. Terreno movedizo: terrenos inestables en frentes no sostenidos hasta que se deforma un talud estable con ángulo de reposo. Arena seca, limpia y grava; Terreno fluyente: A causa de la pérdida de filtración los 2 anteriores se pueden convertir en terrenos que fluyen hacia el túnel como si fuera un líquido viscoso. Terrenos fluyentes con presión: Terreno de este tipo que no es soportado, se mueve hacia adentro de modo gradual presionando sin que se desmorone o rompa. Típico de arcillas blandas. Terrenos expansivos: Aquellos que interactúan con el agua aumentando su volumen si la expansión es posible o presionando sobre los revestimientos. Se presentan generalmente en arcillas. La expansividad provoca una invasión alrededor de la zona excavada no sostenida o presión sobre los revestimientos

Componentes de un escudo: máquina difiere de terreno blando a roca. Equipo excavador: según el terreno el tipo será diferente.

Brazo excavador tipo retro: Con terreno firme es el más útil. La máxima prestación se consigue cuando es a plena sección y no es necesario llevar el frente escalonado. Cabeza giratoria circular de corte: usamos comúnmente con útiles de corte de fricción o desgaste. La cabeza de corte puede ser en radios, con las cabezas de corte distribuidas dejando unos espacios abiertos entre los mismos. Esto permite un fácil acceso al frente de trabajo y a los cortadores para su mantenimiento y sustitución. Esta cabeza no tiene gran soporte del frente de excavación. Esta funciona bien en terrenos firmes y proporciona un soporte suficiente en terrenos desmoronables. Cabeza de corte de frente cerrado: Proporciona mayor grado de soporte del frente y es el mejor sistema para excavar en desmoronamientos. Los cortadores excavan y los escombros se eliminan mediante aberturas en la parte frontal del tambor. Estas aberturas se pueden ajustar. Unas puertas permiten el acceso al frente de trabajo generalmente limitado. Tanto la cabeza como el tambor pueden construirse de modo que sus mitades pueden oscilar independientemente.

El cuerpo de la máquina: El escudo es el principal componente, va instalado contra el frente y protege a los hombres y al equipo del colapso del terreno hasta que se pone el revestimiento permanente. Si la cabeza es circular se monta dentro del escudo con los motores de avance. El movimiento hacia adelante se hace mediante gatos hidráulicos situados alrededor de la parte trasera. Cada gato puede funcionar independientemente, de forma que son capaces de avanzar el escudo una distancia igual al ancho de los anillos del revestimiento. Una vez completado se coloca el revestimiento en la zona de atrás de la cola. Si los gatos reaccionan contra el anillo deberá interrumpirse hasta su colocación. Los gatos hidráulicos sirven para dirigir el escudo usando más gatos en un sitio más otro para dirigirlo arriba abajo, derecha izquierda. Equipo de desescombrado: Un transporte o cadena lo envía a la parte trasera donde es cargado en el sistema de evacuación que lo extrae al exterior y generalmente es un tren de vagones por una locomotora

Técnicas auxiliares de estabilización: aire comprimido: Entraña peligro para los operarios, cuando se usa debe ponerse estrictos controles entre la duración del trabajo en la zona a presión y el tiempo de descompresión que deben ser respetados. Es efectivo en suelos cohesivos y arenas-gravas bajo carga de agua con al menos el 10% de arena fina. Los suelos de cantidad inferior de finos producen pérdidas importantes de aire, siendo necesario reducir la porosidad antes de iniciar los trabajos con inyección previa. La presión es uniforme solo se puede equilibrar para un nivel determinado. Para evitar filtraciones se equilibrará la presión hidráulica a la solera del túnel con lo que habrá un exceso de presión que producirá una pérdida de aire, dejando el terreno seco en la bóveda. Si hay pérdida excesiva puede producir colapsos. En la práctica no siempre es posible evitar la entrada de cierta cantidad de agua siendo necesario el apuntalamiento para asegurar la estabilidad. La excavación de túneles bajo ríos requiere presión de aire de 3 bares. La presión se limita a 3.4 por motivos de salud. La pérdida de aire también depende de la superficie del frente y el gradiente hidráulico. Para evitar escapes debe efectuarse un buen sellado, una buena medida es instalar un compresor que suministra 1.5 bares. Inyección previa: muy usada, particularmente eficaz en casos como: Túneles superficiales urbanos en terrenos no cohesivos con trazado bajo edificaciones o instalaciones importantes; Paso de zonas especialmente difíciles en túneles cuya cohesión es insuficiente en relación con la inducción; Túneles bajo nivel freático o bajo lagos en los que la permeabilidad de los terrenos permite infiltración de agua en toda la fase del trabajo. Los trabajos pueden hacerse en superficie cuando el túnel es poco profundo y tiene superficie libre. En túneles sumergidos es necesario hacer sondeos para conocer las características geomecánicas y localizar la presencia de agua, según los valores se decide la inyección previa, para los nuevos taladros. La incidencia es importante en el conjunto de excavación. Un buen tratamiento depende de: Adecuada disposición y perforación de los taladros. profundidad conveniente (20-30) y con el solape preciso (4-8m) para conseguir un tapón eficaz de terreno inyectado; Elección adecuada de los productos de inyección. Función de la permeabilidad de los terrenos, se fabrican cementos súper rápidos que dan buenos resultados; Modos de efectuar la inyección y niveles de presión. La inyección será en etapas. 1ª con presión de entre 10 y 20 según el espesor, una vez conociendo el terreno se sube a 30-35 bares. Se controlará especialmente cerca de edificaciones, para mayor rapidez se usan grupos de 6 taladros. Abatimiento del nivel freático: Suelos que las modificaciones temporales de agua subterránea no causen asentamientos y daños, puede usarse este método. Las técnicas a emplear son: perforación de pozos puntuales; bombeo desde pozos profundos; drenaje en vacío; electro-osmosis. Grandes volúmenes de tierra, los trabajos deben hacerse en superficie o en un túnel piloto. Para profundidades normales, el método 1 es poco efectivo. En caso de una bolsada de agua localizada se usará desde un túnel piloto. Cuando no es posible el abatimiento se usarán las auxiliares como aire comprimido, inyección etc. Abatimiento en gravas y en suelos con granulometría gruesa no produce asentamientos excesivos. Extremar precauciones en terrenos con más finos por posible erosión, habrá que colocar filtros. Si por descenso del nivel freático se producen asentamientos peligrosos se procederá a la recarga con pozos. Congelación del terreno: En suelos no cohesivos bajo nivel freático puede ser un método efectivo. El uso de aire no es factible porque necesita una alta presión y el empleo de inyección es inapropiado para suelos de grano fino. La congelación es extraer el calor del terreno para congelar el agua de los poros para que actúe como aglutinante entre granos resistentes. Grandes caudales serían malos para una buena congelación. Es difícil excavar en este tipo de terrenos usando incluso explosivos por ser denso y permeable. La perforación de taladros con precaución para evitar la pérdida de terreno. Importante cuando los tubos de congelación se coloquen horizontales y pueda subir el agua por los taladros. la distancia entre tubos no debe superar las tolerancias para que no se queden zonas sin congelación, no puede haber fisuras dentro de la aureola del terreno para ello se efectúan unas perforaciones observando la posible entrada de agua. Una entrada controlada de agua implica fisuras que deberán eliminarse para evitar la erosión. El líquido enfriador es una salmuera con una planta de refrigeración; también puede usarse el freón. El nitrógeno líquido no necesita planta pero es más caro. La congelación lleva consigo un aumento de volumen que habrá que vigilar, las más expansivas los limos y arenas limosas. El proceso varía según la temperatura de congelación, características del terreno, resistencia a compresión simple, ángulo de rozamiento interno y la cohesión.

Criterios para la elección de escudos: Se elige según su adaptación a la condición del terreno. La clase de terreno y su permeabilidad determina la estabilidad del frente. Habrá que realizar un estudio completo y luego uno económico de ejecución