El clogging y el clay balling durante la excavación con una tuneladora EPB se previenen evaluando la plasticidad, mineralogía, humedad, granulometría y adhesividad del terreno antes de la obra, y ajustando durante la excavación el acondicionamiento del suelo, la espuma, el agua, los polímeros, la presión de cámara, el par de corte, la velocidad de avance y la extracción mediante tornillo sinfín. El objetivo es evitar que arcillas y finos se adhieran a la cabeza de corte, cámara, herramientas o tornillo, formando masas pegajosas que reduzcan el rendimiento o bloqueen el sistema.
En proyectos de hinca de tubería, microtunelación y cruces de infraestructuras, este riesgo debe analizarse especialmente cuando el terreno contiene arcillas plásticas, limos arcillosos, margas, suelos cohesivos húmedos o materiales con comportamiento pegajoso. La tuneladora EPB requiere que el material excavado tenga una consistencia adecuada para mantener presión de frente y ser extraído de forma controlada.
Diferencia entre clogging y clay balling
| Fenómeno | Qué ocurre | Dónde puede aparecer |
|---|---|---|
| Clogging | El material excavado se adhiere a herramientas, aberturas, cámara o tornillo y reduce el paso de material | Cabeza de corte, cámara de excavación, aperturas, tornillo sinfín |
| Clay balling | La arcilla forma bolas o masas compactas y pegajosas que no se desagregan correctamente | Cámara, cabeza de corte, tornillo, cinta o sistema de extracción |
| Adhesión arcillosa | El suelo se pega a superficies metálicas y herramientas | Picas, rascadores, discos, cámara y conductos |
| Obstrucción operativa | El flujo de material deja de ser continuo | Entrada a cámara, tornillo sinfín o descarga |
Ambos fenómenos están relacionados, pero no son idénticos. El clogging describe la obstrucción o adhesión del material al sistema; el clay balling describe la formación de bolas arcillosas que dificultan la excavación y extracción.
Qué terrenos presentan mayor riesgo
El riesgo aumenta cuando el trazado atraviesa:
- Arcillas plásticas.
- Limos arcillosos.
- Margas o suelos cohesivos cementados.
- Terrenos con alta fracción fina.
- Suelos con minerales expansivos o muy adhesivos.
- Materiales con humedad próxima a su límite plástico.
- Frentes mixtos con arcilla y gravas.
- Terrenos que cambian rápidamente de consistencia.
- Zonas con agua suficiente para activar adhesividad, pero no tanta como para fluidificar el material.
En estos casos, la selección del cabezal de corte para arcillas, arenas, gravas, roca o terrenos mixtos debe coordinarse con el acondicionamiento del terreno y con el sistema de extracción EPB.
Cómo se evalúa el riesgo antes de excavar
Antes de iniciar la obra se revisan ensayos e información geotécnica que permiten anticipar el comportamiento adhesivo del terreno:
| Dato o ensayo | Utilidad |
|---|---|
| Granulometría | Identifica porcentaje de finos, arenas y gravas |
| Límites de Atterberg | Evalúan plasticidad y rango de humedad crítico |
| Humedad natural | Permite comparar el terreno con sus límites plástico y líquido |
| Mineralogía de arcillas | Ayuda a identificar materiales expansivos o muy adhesivos |
| Índice de plasticidad | Orienta el riesgo de pegajosidad y balling |
| Ensayos de consistencia | Ayudan a prever comportamiento en cámara EPB |
| Contenido de agua | Condiciona espuma, polímero y extracción |
| Ensayos de acondicionamiento | Permiten probar espumas, polímeros o aditivos antes de obra |
Cuando existe incertidumbre, puede ser recomendable realizar pruebas de laboratorio con el propio suelo y diferentes agentes de acondicionamiento.
Medidas de prevención en diseño
La prevención empieza antes de la hinca. El diseño debe prever:
Cabeza de corte adecuada:
Configuración de herramientas, aperturas, rascadores y geometría para reducir acumulaciones y facilitar el flujo de material hacia la cámara.
Acondicionamiento del terreno:
Selección de espumas, polímeros, agua o aditivos para modificar la consistencia del material excavado, reducir adhesión, mejorar plasticidad y facilitar su extracción.
Sistema de extracción compatible:
El tornillo sinfín debe poder transportar el material sin compactarse, bloquearse ni perder capacidad de regulación de presión.
Control de presión de frente:
La presión en cámara debe mantenerse dentro del rango previsto sin provocar compactación excesiva del material.
Plan de mantenimiento e intervención:
En terrenos con riesgo de clogging, se deben prever paradas, limpieza, herramientas de repuesto y procedimientos de respuesta ante bloqueo.
Gestión de cambios de terreno:
Si el perfil alterna arcillas, arenas, gravas o frente mixto, el acondicionamiento debe poder ajustarse durante el avance.
Control operativo durante la excavación EPB
Durante la excavación se monitorizan parámetros que ayudan a detectar clogging o clay balling:
- Aumento del par de corte.
- Incremento de consumo energético.
- Reducción de velocidad de avance.
- Variaciones de presión en cámara.
- Descarga irregular por el tornillo sinfín.
- Bloqueos o pulsaciones en extracción.
- Cambios en la consistencia del material excavado.
- Aumento de empujes.
- Vibraciones o comportamiento anómalo de la cabeza.
- Diferencia entre volumen excavado y volumen esperado.
- Consumo de espuma, agua o polímero.
- Necesidad de limpiezas o paradas frecuentes.
Si aparecen señales de obstrucción, se ajustan de forma controlada la dosificación de acondicionamiento, el avance, el régimen de giro, la presión de cámara y la extracción.
Riesgos de no controlar el clogging
No gestionar correctamente el clogging o el clay balling puede provocar:
- Pérdida de rendimiento.
- Paradas no previstas.
- Bloqueo de herramientas o aberturas.
- Aumento de par de corte.
- Sobrecarga del tornillo sinfín.
- Pérdida de control de presión de frente.
- Sobreexcavación o falta de excavación uniforme.
- Desviaciones de trazado.
- Mayor desgaste de herramientas.
- Incremento de empujes.
- Riesgo de asentamientos.
- Sobrecostes y retrasos.
En obras bajo carreteras, ferrocarriles, servicios existentes o zonas urbanas, estos efectos pueden afectar también al control de deformaciones y a la seguridad de infraestructuras próximas.
Datos necesarios para diseño o RFQ
Para evaluar y prevenir clogging o clay balling en una excavación con EPB conviene aportar: perfil geotécnico, porcentaje de finos, límites de Atterberg, humedad natural, mineralogía de arcillas, granulometría, plasticidad, consistencia, presencia de margas o arcillas expansivas, nivel freático, permeabilidad, diámetro de excavación, longitud de hinca, profundidad, cobertura, tipo de cabeza de corte, aperturas, herramientas, par disponible, configuración del tornillo sinfín, presión de cámara prevista, sistema de acondicionamiento, espumas o polímeros propuestos, ensayos de laboratorio, sensibilidad del entorno y criterios de control de producción.
Solicite una revisión técnica del riesgo de clogging y clay balling en excavación con tuneladora EPB antes de cerrar geotecnia, cabeza de corte, acondicionamiento del terreno o documentación de RFQ.
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