Excavación

L as rozadoras, también denominadasminadores en el sector extractivo, sonmáquinas de excavación que desarro-

llan el proceso de arranque mediante una ca-beza giratoria provista de herramientas de cor-te de metal duro –picas- que inciden sobre laroca, y que va montada sobre un brazo articu-lado o extensible; y cuenta además con unsistema de recogida y transporte de escom-bros desde el frente hacia la parte posterior dela máquina y un conjunto de mecanismos quela dotan de movilidad, estabilidad, etc.

Estos equipos, también, se llaman de ata-que puntual, ya que la potencia total del motorde corte y el peso de la máquina se suelenconcentrar en una única punta cortadora queestá en contacto con la roca del frente, lo que lepermite arrancar rocas de elevada resistencia.

Desde los años cuarenta del pasado siglo,que es cuando aparecieron las primeras má-quinas en la minería de carbón, se han incor-porado a éstas diferentes avances tecnológi-cos, en paralelo con un aumento del tamañoy potencia.

Entre algunas de las principales innovacio-nes cabe citar las siguientes: nuevas genera-ciones de herramientas de corte basadas en

aleaciones especiales de carburo de tungste-no, nuevos sistemas de refrigeración de picas,nuevos procesos de corte de la roca con ve-locidades de giro de las cabezas menores,mejores sistemas de estabilización de las má-quinas en el frente de trabajo y modernos sis-temas de guiado y control de las operaciones.

Si bien poseen un campo de aplicaciónamplio, tienen que competir con otras técnicasde excavación, ya sea con la convencional deperforación y voladura o con la excavaciónmecánica integral con tuneladoras en proyec-tos de gran longitud. La elección de las roza-doras dependerá pues de un análisis técnicoeconómico, e incluso ambiental del entorno.

Rozadoras SandvikLa Investigación y Desarrollo es un elementoclave de la estrategia empresarial de Sandvik.Cada año, la empresa invierte unos 330 ME eni+D y el Grupo tiene unas 5.000 patentes acti-vas. Más de 2.400 empleados de Sandvik tra-bajan en i+D en las distintas áreas de negocio.Su trabajo se orienta en función de la demandade los clientes y el mercado. Sandvik está lan-zando continuamente pro ductos nuevos –milespor año– que ofrecen potencial de crecimiento,

aumentan la cuo ta de mercado y los benefi-cios, y mejoran el entorno y la calidad de vida.

Sandvik Mining and Construction GmbH(anteriormente Voest Alpine Bergtechnik) enZeltweg, Austria, es una parte del área de ne-gocio de Sandvik Mining and Construction,donde se investigan, diseñan y se fabrican lasrozadoras y minadores de la marca. La em-presa produce además otros equipos para mi-nería de roca dura y blanda, como cargadorasLHD. Aproximadamente 445 personas traba-jan en la empresa, 260 de los cuales trabajanen la producción. La planta en Zeltweg estácertificado de acuerdo a las normas ISO14001 y OHSAS 18001, y cada año, la com-pañía publica un informe de Salud Ambiental ySeguridad que contiene los indicadores dedesempeño para el medio ambiente, la saludy la seguridad.

Características operativasBásicamente, las rozadoras son máquinas

excavadoras que realizan su trabajo medianteuna cabeza giratoria provista de herramientasde corte que incide sobre la roca y que vamontada sobre un brazo monobloque o articu-lado, y un sistema de recogida y transporte del

En este artículo, basado en la ponencia del mismo título desarrollada por el autoren la Jornada del pasado 10 de mayo sobre Excavación Mecánica de Túnelescon Equipos no Integrales, se describen los nuevos desarrollos en máquinasrozadoras, llevados a cabo por Sandvik Mining and Construction y que van desdelas nuevas generaciones de herramientas de corte, hasta nuevos procesos derefrigeración de picas o diferente velocidad de giro y tipo de los cabezales, pasandopor nuevos sistemas de guiado y control de las operaciones y mejores sistemas deestabilización en el frente. Se muestran a su vez ejemplos de aplicaciones recientes.

Nuevos desarrollos en rozadorasPalabras clave: CABEZAL, CONTROL, CORTE,EXCAVACIÓN, MINERÍA, PICAS, RESISTENCIAA COMPRESIÓN, ROZADORAS, SECCIÓN,

TECNOLOGÍA, TÚNEL.

� Miguel TORIJA, Ing. de Minas. BLM Surface Drilling & Tunnelling.

SANDVIK Española, S.A.

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Incorporación de últimas tecnologías y ejemplos de aplicaciones recientes

� Rozadora MT520i de 115 t de peso, compacta y modular, pudiendoequipar cabezales de corte transversal o longitudinal. � Centro de conocimiento del rozado de Sandvik Mining and

Construction GmbH, en Zeltweg (Austria).

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material que lo evacua desde el frente dearranque hacia la parte trasera de la máquina.Todo el conjunto va montado sobre un trenmóvil de orugas.

Las ventajas principales de estos equiposson la movilidad de la que están dotados, quepermiten una fácil accesibilidad al frente; la ver-satilidad y la flexibilidad, pues se adaptan biena diferentes condiciones de trabajo en lo refe-rente a formas, secciones y materiales a exca-var; el reducido espacio que requieren para elmontaje; la elevada capacidad de arranque demateriales resistentes y no abrasivos; la menorsobreexcavación y alteración de la roca rema-nente; así como la posibilidad de efectuar di-rectamente la carga del escombro sobre dife-rentes sistemas de transporte. Así mismo, sonequipos adecuados para excavar pequeñostramos de túnel o proyectos de gran longitud,y labores auxiliares de reperfilado o aumentode gálibo en túneles ya existentes.

La utilización de máquinas de ataque pun-tual viene en parte delimitada por las caracte-rísticas de la roca a excavar, como su resisten-cia a compresión (20 a 120 MPa), la baja abra-sividad, la homogeneidad y el diaclasamientoplantean una buena rozabilidad pese a la altatenacidad de la roca.

Avances tecnológicos en rozadoras

Desde 1990 se han utilizado rozadoras dediseño avanzado en formaciones rocosas queen el pasado se consideraban difíciles de exca-var o no excavables con estas máquinas, o enlas que simplemente no era económicamenteviable su aplicación.

Dos desarrollos importantes desde enton-ces han ayudado a la eficacia de las rozadorasen la excavación de túneles:

• Rozadora con reductora sin engranaje in-terruptor, que permite utilizar toda la po-tencia de corte instalada a una velocidadde giro menor de la cabeza de corte.

• Picas de tecnología mejorada con res-pecto a la calidad del carburo de tungste-

no y también con respecto a los sis-temas de inyección de agua a altapresión.

La aplicación de reductoras sin interrup-tor en rozadoras se inició con el desarrollode la Alpine Miner AM105 de Sandvik.

Esto da como resultado una reducciónapreciable del consumo de picas, además deconseguir excavar en macizos que requierenuna gran energía de corte. Uno de los límitesmás elevado se ha dado en una mina de car-bón alemana, donde se ha llevado a cabo laexcavación de una galería a sección completa,atravesando una formación dique de areniscasde 180 MPa de resistencia a la compresión.

Nuevos desarrollos Sandvik enrozadorasEl objetivo de Sandvik es fabricar Rozadorascon funciones inteligentes, procesando datosy con sistemas integrados que toman decisio-nes para optimizar el proceso de excavación;tales como: el sistema Sandvik de perfilado desección, el sistema Geodata de posiciona-miento de la cabeza de corte; o los sistemasMul (simulación), Tuc (registro de parámetros),o CIMNE

• Control de dirección y perfilado Inte-grados.

Cálculo de la posición de la cabeza de cortede la máquina para la optimización del perfil detúnel: Integración del sistema Geodata en elsistema de procesamiento de la máquina, parala automatización o robotización de operacio-nes de excavación.

Esto permite una reducción de costes enhormigón al ser el sistema más preciso.

• Iniciativa para la eficiencia energética(Proyecto EC, herramienta para reportar)

Se trata del uso de datos de la máquina ope-racionales para la optimización de procesos.Recientemente se han incorporado a las roza-doras una serie de sensores capaces de regis-trar distintos parámetros de estas máquinasdurante el arranque desarrollado por TUC. Me-

diante una serie de algoritmos es posible efec-tuar un análisis posterior de la energía específi-ca requerida para el corte. Ello permite una ca-racterización detallada de las rocas que cons-tituyen el frente de avance y posibilitan la opti-mización del proceso de excavación.

Ello permite conformar un mapa de efi-ciencia del rozado, tras la vigilancia de variosturnos observando el desempeño de la roza-dora para distintas caracterizaciones de roca;y la Optimización del proceso de corte, a tra-

� Integración del sistema de dirección yperfilado.

� Distintos tipos derozadorasfabricadas porSandvikConstruction.

� Rango de aplicación de rozadoras de últimageneración Sandvik y cabezal de corte de MT720.

Rango de ampliación paraRozadoras con

tecnología ICUTROC de

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vés de la eficiencia excavación de una roza-dora mediante la selección de los mejoresparámetros de funcionamiento o diseño decabeza en determinadas condiciones geoló-gicas.

• Investigaciones sobre la Interacciónentre el método de excavación y lamasa rocosa.

Desarrollo de sensores y modelos de análisispara cuantificar los daños de la zona alrededorobra subterránea (Mining University Leoben).El objetivo final es utilizar este conocimientopara optimizar los requerimientos de soportepara la tecnología de excavación aplicada.

• Mejoras en las herramientas de cortey simulación de procesos.

Algunos fabricantes como Sandvik, han des-arrollado últimamente una nueva generaciónde picas con una aleación especial de carburode tungsteno, que posee una mayor resisten-cia al desgaste y una mayor tenacidad, consi-guiendo aumentar la vida de las picas en igua-les condiciones de trabajo.

Por medio de ensayos de corte en labora-torio, así como cálculos y simulaciones conmétodos de elementos finitos, se ha llegado aidentificar y cuantificar las propiedades termo-físicas y los mecanismos de desgaste, demos-trándose que el tiempo de vida que la vida útilde las nuevas herramientas de corte compara-das con las antiguas es más del doble.

La fábrica de rozadoras de Sandvik en Zelt-weg (Austria), cuenta además de los laborato-rios de ensayos con un área de prueba de losequipos y herramientas de corte.

Desarrollos futuros Los desarrollos futuros de las rozadoras vanencaminados a:

• Implementación de proceso de corteautomático. Mediante el optimizado deluso de la máquina dentro de los paráme-tros especificados de la productividad in-

dependientemente del operador.• Planificador de mantenimiento Inteli-

gente. Planificación de Mantenimiento deacuerdo al stress de la máquina.

Como conclusión, indicar que las mejorasen la seguridad y calidad del túnel con la nue-vas rozadoras Sandvik, son:

• Reducción del coste del túnel por el au-mento de la precisión del perfil.

• Reducción del coste del túnel por la opti-mización de procesos.

• Aumento del avance del túnel de optimi-zación de procesos.

• Reducción del costo del túnel por la opti-mización de herramientas de corte (Pi-cas).

Ejemplos de aplicaciones de lasnuevas rozadoras Sandvik (Serie MT)La serie MT de rozadoras Sandvik para cons-trucción están equipadas con potentes cabe-zas transversales de rozado, geométricamen-te optimizadas y con posibilidad de intercam-biar con otros tipo de cabezales longitudinales,diseñadas para obtener el mejor rendimientode corte en una amplia variedad de formacio-nes rocosas.

La gama se compone actualmente de tresmodelos: MT300, MT520 y MT720, con pe-sos operativos desde 60 a 135 t, y potenciasdel cabezal de corte de 200 a 315 kW.

Estos equipos han demostrado gran versa-tilidad y rendimiento en aplicaciones como tú-neles subterráneos, túneles de carreteras, ex-cavación de pozos, rehabilitación de túnelesexistentes y excavación de cavernas subterrá-neas.

Un ejemplo de ello son las rozadoras utili-zadas en: el proyecto Sochi en Rusia, dondese emplean 12 rozadoras (MT720, MT520 yMT360) en la excavación de las infraestruc-turas subterráneas para los Juegos Olímpi-cos de Moscú 2014.

También en la excavación de los túneles delMetro de Bilbao y Área de San Sebastián, seencuentran en operación 9 unidades MT720 yMT520. La Línea 3 del Metro de Bilbao (Mati-ko-Etxebarri) tiene una longitud de 5.880 m, ycomprende siete estaciones que conectan conlas líneas 1 y 2 en la estación de Casco Viejo.

Las obras que comprenden cuatro tramossubterráneos, comenzaron a finales de 2009 yhoy día están trabajando seis rozadoras pesa-das Sandvik de entre 110/135 t, con 300 kWde potencia y velocidad reducida en la cabezade corte, refrigeración de picas y sistemas deguiado por láser. La resistencia a compresiónsimple de las margocalizas que se están atra-vesando oscila entre 25 y 60 Mpa, con unRQD = 75/90 y un RMR comprendido entre55 y 70, con un rendimiento medio de 4,5m/día en sección de avance.

Otros dos proyectos internacionales dondese han utilizado rozadoras Sandvik de última

� Visualización de la energía específica delas rocas que constituyen el frente dearranque.

� Cuantificaciónde resultados dela simulación enel laboratorio depruebas en lacorte de cortede Sandvik enZeltweg, Austria.

� RozadoraSandvik MT520de 115 t depeso; brazotelescópico de1,2 m; motor decorte, 315 kW;velocidad decorte, 2,9 m/s; ypotencia totalinstalada, 537kW.

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generación, son: la conexión subterránea delaeropuerto de Brisbane (Australia), donde seha utilizado una rozadora MT720 , para exca-var formaciones con resistencias a compresióndede 10 a 99 Mpa.

O el proyecto East Side Access, para la co-nexión a la Terminal Gran Central en Manhattan,

del Metro de Nueva York. para cuya excava-ción, con una cobertura de entre 12 y 30 me-tros, se han utilizado dos rozadoras MT720 Icu-troc y una MH620. Los materiales atravesadoseran una roca masiva a algo fracturada de es-quistos y pegmatitas con una resistencia mediaa compresión simple de 95 Mpa. r

SANDVIK ESPAÑOLA, S.A.Sandvik Construction28830 S. Fdo. de Henares (Madrid) � : 916 605 232 • Fax: 916 605 239E-mail: mineriayconstruccion.es@sandvik.comWeb: www.sandvik.com

i

� La rozadoraSandvik MT520ejecutando elrozado delfrente en lostúneles de laLínea 3 delMetro de Bilbao.

La rozadoraMT720,

de 135 t depeso, y

velocidad degiro de corte

de 1,3 m/s.