Desafíos junto al mar

Además del acondicionamiento del suelo, fue necesario modificar la rueda de corte de la tuneladora convertible de 11,5 m  para que actuara en la zona de transición entre la roca y la arena en RJ

El 25 de febrero por la mañana, una tuneladora de 11,5 m de diámetro –altura equivalente a un edificio de cuatro pisos–  rompió las paredes de la estación Nossa Senhora da Paz, en Ipanema. Responsable de la excavación de los túneles de la nueva Línea 4 del Metro de Río de Janeiro, el equipo posee características especiales y representa un avance tecnológico significativo para las obras subterráneas del país.

La Línea 4 del Metro tendrá 16 kilómetros de extensión y seis nuevas estaciones, y transportará 300 000 personas por día entre la Barra da Tijuca (Zona Oeste) e Ipanema (Zona Sur). Contando con inversiones de 8,79 mil millones de reales, el proyecto está entre los mayores de América Latina y también está incluido en los preparativos del gobierno estadual para la sede de las Olimpiadas de 2016, año previsto para la inauguración de la línea.

Responsable de la unión entre Ipanema y Gávea, el Consorcio Línea 4 Sur –responsable del trecho de 5 km entre Ipanema y Gávea– ya finalizó la excavación de la estación Nossa Senhora da Paz, incluido el túnel con conexión a la Línea 1, por la estación General Osório. De acuerdo con el cronograma de la obra, la tuneladora concluirá el trecho hasta la estación Jardim de Alah a mediados de agosto, como plazo máximo, completando 50 % del trayecto sur. Con plazo hasta diciembre de 2015, la tuneladora probablemente alcanzará los túneles excavados a partir de la Barra da Tijuca, en el final de Leblon.

CONVERTIBLE

Fabricada en Alemania por Herrenknecht, la TBM (Tunnel Boring Machine) de 120 m y 2 700 t fue especificada y proyectada para trabajar en el suelo difícil de la Zona Sur carioca, compuesto de trechos de roca, arcilla y arena gruesa. Para superar este obstáculo, el consorcio encargó una tuneladora “convertible”, para trabajar de tres modos diferentes: abierto, cerrado y en transición.

Según la definición de Alexandre Mahfuz, responsable de la operación de la tuneladora en la obra, el modo abierto (o sin presurizar) se empeló en áreas de roca “gnaisse”, duras y abrasivas, encontradas en el trecho inicial (400 m) y en el trecho final (1500 m) del trayecto en la Zona Sur. En este tipo de excavación, la propia rocha distribuye la presión del suelo y garantiza la estabilidad de la excavación. Sin embargo, surgieron otros desafíos, pues el equipo también tuvo que lidiar con rocas fracturadas y transición de suelos arenosos, lo que dificultó el pasaje por los mismos.

Para los suelos arenosos característicos de los barrios de Ipanema y Leblon, la tuneladora opera en modo EPB (Earth Pressure Balance) o modo cerrado. En esta configuración, la parte delantera de la TBM se presuriza para contrabalancear las presiones ejercidas por el suelo y por la capa freática, permitiendo la excavación.

Para pasar de la rocha a la arena y viceversa, la tuneladora puede operar en modo de transición. El método consiste en el uso de aire comprimido para compensar las presiones de la parte delantera y en la inyección de lama de bentonita, conocida como “slurry”, para impermeabilizar el suelo y hacerlo más cohesivo. La solución es una mezcla de agua y bentonita, producida en la superficie de la cantera y transportada hasta la parte delantera presurizada de la tuneladora.

TRANSICIÓN

Como explica Mahfuz, la mayor dificultad al trabajar con una tuneladora convertible está justamente en los trechos de transición entre suelos. Para estos casos, el consorcio ejecutó tratamientos previos en las áreas de transición entre roca y arena, inyectando lechada de cemento en el subsuelo antes de iniciar las excavaciones, un método conocido como “jet grouting”.

Además del acondicionamiento del suelo, también se modifican las ruedas de corte, que debe contar con discos adecuados para cada tipo de terreno. En la excavación de la roca, la TBM trabaja con 65 discos de corte, con espacio lateral de 10 cm. Los discos ejercen fuerza de compresión contra la roca para quebrarla en fragmentos, los cuales se retiran con una correa transportadora hasta el tanque de escombros. Para los trechos arenosos, estos cortadores se substituyen por raspadores especiales, y la máquina comienza a operar en modo cerrado.

En los casos en que se necesita usar “slurry”, el material excavado necesita filtrarse y tratarse cuidadosamente para su reúso o descarte. En esta modalidad, se movilizan también diferentes equipos de mezcla, bombeo, inyección y reciclaje de lama de bentonita.

Generalmente, cuando la tuneladora EPB presenta diámetros menores, no hay espacio físico para los sistemas de los modos cerrado y abierto, además de ser necesarias paradas prolongadas para la sustitución de la correa por el tornillo helicoidal y viceversa. “Sin embargo, cuando tenemos una máquina de grandes proporciones, podemos dejar los sistemas preinstalados, reduciendo el tiempo de conversión de la máquina”, añade Mahfuz.

Para el ingeniero, a pesar de que los modelos convertibles sean más prácticos, en algunos casos una TBM personalizada tiende a ser más eficiente si se compara a un modelo destinado a más de un tipo de suelo. No obstante, en el trecho que debe excavarse en Río de Janeiro, la máquina para terrenos heterogéneos mostró ser más ventajosa. “Es una posibilidad tecnológica con la que no contábamos 20 años atrás, época en que sería inviable excavar en este tipo de suelo”, afirma.