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¿Cómo seleccionar el disco de corte adecuado para tuneladoras en roca dura?

La selección del disco de corte (disc cutter) para una tuneladora (TBM) en terrenos de roca dura depende principalmente de la resistencia a la compresión uniaxial (UCS) de la roca, la abrasividad (índice CAI), el diámetro de la herramienta y la capacidad de empuje de la máquina. En condiciones de roca dura con UCS superior a 150 MPa, se recomiendan discos de diámetro grande (20″ o 21″) con anillos de acero forjado y material de carburo de tungsteno de alta tenacidad. Además, la geometría del anillo (perfil constant section o wedge) debe seleccionarse en función de la abrasividad y la presencia de fracturas en el macizo rocoso.

A continuación, se presentan los factores clave que determinan la elección del disco de corte para excavación en roca dura:

• Resistencia a la compresión uniaxial (UCS): Para rocas con UCS > 200 MPa, utilice discos de 19″ o 21″ con anillos de sección constante (constant cross section, CCS). Para rocas entre 100–200 MPa, los discos de 17″ o 19″ suelen ser suficientes.
• Abrasividad (índice CAI): Un CAI > 4 (muy abrasivo) exige anillos con mayor dureza superficial (HRC 58–62) y resistentes al desgaste, como los de acero H13 tratado térmicamente.
• Empuje disponible de la TBM: Cada disco tiene una capacidad de carga máxima. Por ejemplo, un disco de 20″ soporta hasta 350 kN, mientras que uno de 17″ llega a 250 kN. Es vital no exceder la carga para evitar roturas del cojinete.
• Velocidad de penetración (ROP) objetivo: Un mayor diámetro de disco permite una mayor penetración por revolución, pero requiere más par. Evalúe la potencia de la cabeza de corte.
• Espaciado entre discos: En roca dura, un espaciado menor (70–90 mm) reduce la energía específica, pero aumenta el número de discos. Un espaciado mayor (90–110 mm) puede ser viable con discos de mayor diámetro.
• Tipo de perfil del anillo: Los perfiles “constant section” (CCS) ofrecen mayor vida útil en roca masiva, mientras que los perfiles en cuña (wedge) son mejores en roca fracturada.

Para facilitar la decisión, la siguiente tabla comparativa resume las características típicas de los discos más utilizados en roca dura:

Es importante recordar que la selección no solo depende de la roca, sino también de las condiciones del terreno. En presencia de agua a presión o juntas muy abiertas, puede ser necesario utilizar discos con sellos robustos (IP67) y cojinetes de rodillos cónicos de alta capacidad. Asimismo, el material del anillo debe elegirse según la temperatura generada durante la fricción: para rocas con cuarzo, los anillos con insertos de carburo de tungsteno (TC) ofrecen el mejor rendimiento en desgaste.

Desde nuestra experiencia como fabricantes de repuestos para TBM, recomendamos realizar pruebas de laboratorio con muestras representativas de la roca (ensayos LCPC o Cerchar) antes de definir el disco final. Además, supervise constantemente el desgaste de los discos en obra: un desgaste asimétrico puede indicar problemas de alineamiento o una selección incorrecta del perfil. Si tiene dudas, nuestro equipo técnico está disponible para asesorarle en la selección del disco óptimo para su proyecto de túneles en roca dura.