En los últimos tiempos asistimos a un gran desarrollo de obras subterráneas para la construcción de infraestructuras en entornos urbanos y en entornos que no siendo urbanos, presentan una geología complicada a la hora de su excavación. En este tipo de entornos se exigen sistemas de sostenimiento que garanticen las más altas cotas de seguridad y la viabilidad de los proyectos.
Un paraguas de micropilotes es un conjunto discreto de elementos lineales sub-horizontales perforados en el terreno armados e inyectados, que forman una pre bóveda resistente envolvente de la cavidad a excavar, cuya misión es sostener el terreno existente por encima y minimizar las deformaciones del mismo para evitar daños en estructuras o infraestructuras existentes durante la excavación. Se trata de un sistema altamente recomendado en túneles superficiales excavados en terrenos blandos, túneles que discurran a través de terrenos meteorizados, túneles que vayan a atravesar zonas de falla y túneles en terrenos con susceptibilidad al colapso.
Los paraguas de micropilotes presentan una alta adaptación a las variaciones de las condiciones geológicas y geotécnicas de la roca. Se instalan de una forma muy sencilla gracias al tipo de maquinaria empleada en su colocación y los operadores que los instalan no requieren formación específica que no sea la propia del manejo del jumbo de perforación.
Un paraguas se compone de un número determinado de micropilotes colocados normalmente siguiendo el perfil de la bóveda del túnel, a una distancia dada de ésta, y a una distancia determinada por las necesidades del pre sostenimiento. En ocasiones especiales, los micropilotes pueden colocarse en el propio frente de excavación para realizar inyecciones de consolidación o lateralmente en la posición de zapateras para realizar un pre sostenimiento del hastial.
Primero se deben posicionar y estabilizar los equipos y maquinarias de trabajo, es una fase fundamental para la buena ejecución del paraguas. De no realizarse correctamente los micropilotes pueden cruzarse en el espacio, terminar dentro de la sección del túnel a excavar, o cortarse entre sí debiendo abandonar el micropilote que corta a otro al producirse tal circunstancia.
El jumbo requerido es el mismo que se emplearía para perforación y voladura, con unas pequeñas adaptaciones para poder realizar la colocación de paraguas que consisten en:
- Colocación de un dispositivo de guía frontal de avance para la tubería.
- Colocación de un centralizador de desplazamiento de la tubería.
- Uso de herramientas especiales para la desconexión de la sarta y el roscado de los tubos.
La colocación de micropilotes hasta un diámetro de tubo 114,3 mm se puede realizar mediante un jumbo normal de avance en túneles, con fungibles idénticos a los que se utilizan en perforación para voladura en frente, lo que supone una gran ventaja en el desarrollo de las labores de ejecución del túnel.
El proceso de perforación se realiza por medio de una boca piloto, la cual es accionada por un martillo en cabeza, el cual posee amplios taladros internos para la entrada de aire o aire y agua a fin de obtener amplias ranuras externas para el retorno y el barrido, una corona que gira solidaria a la boca piloto por un acoplamiento interno de sistema bayoneta y una cabeza a la cual está soldada la armadura libre permitiendo que la armadura no gire y por lo tanto, las necesidades de par en la cabeza de rotación sean menores.
La boca piloto se conecta a la corona mediante un acoplamiento tipo bayoneta, ambos rotan sincronizadamente abriendo el taladro lo suficiente como para permitir introducir la armadura. La corona gira libre de la zapata, la cual esta soldada a la armadura que es arrastrada durante la perforación sin movimiento alguno de rotación. La fuerza de penetración es transmitida desde la sarta de perforación a la boca piloto que percute la corona, el flujo de aire o aire y agua es expulsado por los taladros centrales de la boca piloto y retorna por las hendiduras laterales de la misma, saliendo al exterior del taladro por el espacio entre las barras de perforación y la armadura, de esta manera se consigue una gran velocidad del flujo de aire y agua sin degradación del taladro perforado. Cuando el taladro llega a su fin, la boca piloto es liberada de la corona mediante un simple giro y retirada a través de la armadura junto con toda la sarta de perforación.
La armadura puede ser de diferentes materiales en función de la aplicación y las necesidades de la obra, siendo posible la construcción de la misma en acero, PVC, fibra de vidrio, nylon, polietileno, etc. Las más comúnmente utilizadas en los túneles son las de acero en su mayoría y de una forma menos generalizada las de PVC, polietileno y fibra de vidrio. Se utiliza tubería de acero cuando el objetivo es consolidar y estabilizar la bóveda de un túnel en terreno pobre, como medida de pre sostenimiento, a través de la construcción de paraguas de micropilotes. Se utiliza tubería de PVC, polietileno o de fibra de vidrio cuando se trata de perforar con tubería que posteriormente se retirará o se excavará, como por ejemplo en el frente de un túnel o cuando se realizan perforaciones con revestimiento para drenajes.
La inyección de la lechada o mortero puede realizarse en el fondo del micropilote o a lo largo del mismo:
Se realiza mediante un cabezal de inyección con llave de paso y testigo. La lechada recorre el interior del tubo hasta el fondo del taladro y retorna por el espacio libre entre el tubo y el taladro. El espacio anular entre taladro y el tubo, en el frente de la galería se obstruye con espuma u otro material que resista la presión de la inyección.
Se realiza mediante obturador doble. El espacio entre colchones del obturador se posiciona en cada una de las válvulas unidireccionales y tras el inflado de los colchones se realiza la inyección, luego se desinflan los colchones y se reubica el obturador en otra válvula unidireccional. Una vez realizada la inyección en cada una de las válvulas unidireccionales se realiza una inyección en fondo con el fin de llenar el interior del tubo.
- Es un proceso de perforación de percusión rápida.
- Permite la maniobra de perforación y extensión en el mismo tiempo.
- Diferentes tipos de sistemas de paraguas según las diferentes necesidades.
- Bajos costos debido a la baja utilización de un pequeño número de elementos.
- Sistema utilizado en condiciones muy difíciles.
- Flexibilidad de los sistemas, gracias a diferentes longitudes y diámetros de los tubos.
- Elección de los bits de perforación en dependencia del tipo de excavación.
- Instalación muy sencilla.
- Optimización del sistema según los requerimientos del cliente.
