Bajo ciudades como Madrid, Londres o Seattle, y atravesando macizos montañosos como los Alpes, trabajan algunas de las máquinas más colosales que ha construido la ingeniería moderna. Con más de cien metros de longitud y miles de toneladas de peso, estos gigantes avanzan metro a metro bajo tierra abriendo camino a infraestructuras importantes.
Desde Ingeoexpert, como especialistas en ingeniería civil, geotecnia y construcción, analizamos cómo funcionan las tuneladoras TBM, por qué se las conoce popularmente como “topos” y qué las hace capaces de perforar roca dura y suelos blandos saturados de agua.
Una tuneladora, o TBM por sus siglas en inglés (Tunnel Boring Machine), es una máquina capaz de excavar un túnel a sección completa en una sola operación mecánica. Suelen pesar varios miles de toneladas y pueden superar los 100 metros de longitud contando todo el tren de equipos que arrastran detrás.
Estas máquinas pueden trabajar en terrenos distintos, como rocas volcánicas y sedimentarias resistentes o suelos arenosos, arcillosos o saturados de agua. Por este motivo, se han convertido en la solución habitual para proyectos de metro, ferrocarril de alta velocidad y grandes conducciones hidráulicas, sobre todo en entornos urbanos donde no es viable abrir una zanja a cielo abierto.
En la parte frontal de toda tuneladora hay una gran rueda giratoria, el cabezal de corte, equipada con discos cortadores o picas que fragmentan el terreno a medida que la máquina avanza. El diseño varía según el material a excavar, con discos de acero de alta resistencia para roca dura, o picas y rastreles cuando el terreno es más blando.
Sin embargo, el material arrancado no se acumula delante de la máquina. Se extrae mediante tornillos sinfín o cintas transportadoras, y viaja hacia atrás hasta salir al exterior por el propio túnel ya excavado.
Aunque en el lenguaje coloquial se llame “topo” a cualquier tuneladora, en ingeniería el término distingue algo más concreto. De ahí nacen dos grandes familias de máquinas.
Los topos excavan roca de dureza media o alta que se sostiene bien por sí misma. No cuentan con una carcasa metálica que envuelva a la máquina; en su lugar, se apoyan contra las paredes del túnel mediante unos brazos llamados grippers, y al no necesitar sostenimiento inmediato, no realizan función de entibación provisional.
Los escudos, por su parte, están pensados para terrenos más blandos o inestables. Cuentan con una carcasa metálica exterior que protege el frente mientras se instala el revestimiento definitivo, formado por anillos de piezas prefabricadas de hormigón llamadas dovelas.
Además, existe una tercera categoría, la de doble escudo, capaz de alternar entre ambos modos según la calidad del macizo rocoso.
Dentro de la familia de los escudos, dos variantes se han impuesto en obras urbanas, las tuneladoras de presión de tierras (EPB) y las de lodos o hidroescudos.
Las EPB utilizan el propio material excavado para equilibrar la presión del terreno en el frente, evitando que el suelo colapse hacia dentro y minimizando los asientos en superficie. Hoy son la tecnología predominante para excavar bajo el nivel freático en suelos cohesivos o arcillosos.
Las tuneladoras de lodos, en cambio, estabilizan el frente con una mezcla de bentonita a presión, más adecuada en suelos arenosos. En ambos casos, el objetivo es mantener el equilibrio exacto de presiones para que la excavación avance sin desestabilizar el terreno.
El avance de una TBM es un proceso cíclico. La máquina excava un tramo de entre 1,5 y 2 metros, empujando el cabezal contra el frente mediante potentes cilindros hidráulicos.
Una vez completado ese tramo, se instala un nuevo anillo de dovelas justo detrás del escudo, que servirá de apoyo para el siguiente empuje. Este ciclo se repite miles de veces a lo largo del trazado.
Según el terreno, una tuneladora puede avanzar entre pocos metros y más de 30 metros al día, aunque en condiciones complejas la velocidad se reduce drásticamente. Detrás del escudo viaja además todo un tren de equipos auxiliares, como ventilación y evacuación de escombros, que convierten a la máquina en una auténtica fábrica móvil.
Pese a excavar prácticamente a ciegas, guiándose por sistemas topográficos y de láser, estas máquinas alcanzan su punto de destino con precisión milimétrica.
Es habitual que las grandes tuneladoras reciban un nombre propio, elegido por concurso popular o por el equipo de ingenieros del proyecto, casi siempre en homenaje a alguna figura relevante para la ciudad donde trabajan.
El caso más conocido es el de Bertha, la tuneladora que excavó el túnel de la SR 99 bajo el centro de Seattle. Con 17,5 metros de diámetro y cerca de 7.000 toneladas de peso, fue la TBM de mayor diámetro construida hasta la fecha, bautizada en honor a Bertha Knight Landes, primera alcaldesa de la ciudad.
La obra se hizo célebre porque la máquina quedó detenida durante meses tras sufrir daños en los sellos de su cabezal, lo que obligó a excavar un pozo de rescate desde la superficie para repararla.
Las tuneladoras han hecho posibles algunas de las infraestructuras subterráneas más ambiciosas del planeta. El túnel de base de San Gotardo, en Suiza, es probablemente el ejemplo más espectacular, con 57 kilómetros que lo convierten en el túnel ferroviario más largo del mundo.
Su excavación atravesó el macizo alpino, combinando tramos de roca extremadamente dura con zonas de falla quebradizas, y el proyecto se prolongó cerca de dos décadas.
El Eurotúnel, bajo el canal de la Mancha, y el proyecto Crossrail en Londres son otros dos referentes de esta tecnología. En España, las obras de la M-30 de Madrid demostraron que las grandes tuneladoras también funcionan bien en entornos urbanos densamente construidos.
Las tuneladoras TBM representan uno de los mayores logros de la ingeniería mecanizada de túneles, máquinas capaces de adaptar su cabezal y su sistema de sostenimiento a prácticamente cualquier tipo de terreno, reduciendo al mínimo el impacto en superficie.
En Ingeoexpert consideramos que la formación especializada es fundamental para afrontar los retos de la excavación mecanizada y la ingeniería del terreno. Por ello, ofrecemos cursos especializados orientados a profesionales de la geotecnia, la ingeniería civil y la minería, diseñados para aplicar conocimientos técnicos a proyectos reales.
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–Ferrovial: Tuneladora, qué es, qué tipos existen, datos curiosos
–Ferrovial: Tuneladora, cómo funciona, tipos y requisitos para manejarla
–ACCIONA: Qué es una tuneladora (TBM), cómo funciona y aplicaciones
–ITA-AITES (Asociación Internacional de Túneles y Espacio Subterráneo): Tuneladoras abiertas
–Ferrovial Blog: Así son las gigantescas tuneladoras para proyectos subterráneos
–Xataka: La gigante tuneladora ‘Bertha’ finalmente ve la luz
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