Trabajar a más de 5 bar de presión de agua subterránea obliga a usar un escudo cerrado de tipo hidroescudo (slurry shield). En este entorno el éxito del proyecto depende de lograr un equilibrio dinámico entre la presión hidrostática exterior, la presión del fluido dentro de la cámara y la presión que ejerce el propio empuje del escudo. A lo largo de este artículo —basado en la experiencia de Eurohinca y en estudios internacionales recientes— revisaremos los principios físicos, las mejores prácticas operativas y los sistemas de monitorización que permiten mantener ese equilibrio.
Principio de funcionamiento del hidroescudo
El hidroescudo trabaja con un fluido bentonítico que llena la cámara de excavación y los circuitos de recirculación. El fluido transmite la presión al frente, estabiliza el terreno y transporta el detrito hacia la planta de separación situada en superficie. La presión en la cámara se modifica mediante:
Bombeo del lodo: cambiar el caudal altera la altura de columna y, por tanto, la presión estática.
Regulación de válvulas de descarga: abrir o cerrar la válvula de bypass varía la contrapresión.
Control del ritmo de avance: un empuje excesivo provoca sobrepresiones; un empuje insuficiente permite la entrada de agua y material.
Para repasar la anatomía completa del equipo, consulta la ficha de Escudo cerrado – Hidroescudo dentro de nuestra sección de Equipos.
Caracterización hidrogeológica previa
Antes de plantear la presión de cara, es imprescindible conocer:
Nivel piezométrico y su oscilación estacional.
Coeficiente de permeabilidad (k) y compresibilidad de la formación.
Confinamiento del acuífero: acuíferos no confinados pueden aliviar presión vía drenaje superficial; un acuífero confinado puede acumular sobrepresión inesperada.
Nuestro departamento de Asistencia técnica e ingeniería integra estos parámetros en un modelo numérico que predice la presión necesaria para mantener el equilibrio frontoestático sin inducir sifonamiento.
Cálculo de la presión de cara (p<sub>f</sub>)
Para terrenos saturados, la presión de cara (p<sub>f</sub>) se define como:
p<sub>f</sub> = γ·h + σ′ ± Δp
donde γ es el peso específico del agua, h la profundidad bajo el nivel freático, σ′ la tensión efectiva del terreno y Δp un factor de seguridad. Un hidroescudo bien afinado trabaja con Δp entre +0,05 bar y +0,15 bar respecto a la presión hidrostática local. Superar ese rango puede fracturar el terreno; quedarse corto provoca pérdidas de fluido y riesgo de inundación.
Mejores prácticas operativas
Control milimétrico del empuje
El empuje hidráulico debe acompañar el ritmo de extracción del detrito. En la macroobra de Cruces de infraestructuras del anillo ferroviario de Valencia, Eurohinca implementó un algoritmo de control predictivo. El sistema ajustaba el empuje cada 0,5 segundos según la presión de cara y el caudal de lodo. El resultado fue una desviación media de ±0,03 bar respecto al objetivo durante 320 m de avance en arenas saturadas.
4.2 Inyección de bentonita en cola
Al avanzar el escudo, se crea un anillo hueco entre la camisa de la máquina y el terreno excavado. Inyectar una lechada de bentonita y cemento en esta zona:
Sella rutas de fuga para el agua.
Reduce la pérdida de presión en la cámara.
Minimiza asentamientos en superficie, clave en proyectos de Obra civil urbanos.
Sistemas de sellado en zona de paso de dovelas
En tunelaciones con Túnel de dovelas se instala un cepillo sellador y una cámara de inyección detrás de la rueda de corte. Mantener la presión en esa cámara un 5 % por encima de la presión de cara previene la entrada de agua al túnel terminado.
Circuito de separación y recirculación
El fluido bentonítico vuelve a la planta de separación donde se decanta, se limpia con hidrociclones y se reinyecta. Controlar la densidad entre 1,08 y 1,15 g/cm³ garantiza la capacidad de soporte sin sobredensificar el lodo, algo estudiado en profundidad en TBM excavation under high water pressure (2023) ResearchGate.
Monitorización en tiempo real
Un sistema de gestión de presiones moderno combina:
Multipunto de presión: sensores en la cámara, la línea de descarga y la zona de paso de dovelas.
Caudalímetros magnéticos: miden el balance entrada/salida para detectar fugas.
Aforadores piezométricos en superficie: confirman que no hay sobrepresiones que provoquen afloramientos.
Dashboards conectados a la nube: integrados en la plataforma de Sistemas de excavación de Eurohinca.
En caso de que la presión de cara caiga más de 0,1 bar en 10 s, el algoritmo envía una alerta y ordena al PLC reducir el avance y aumentar el caudal de lodo.
Cuando la presión exterior supera los 10 bar
Presiones mayores de 10 bar (≈100 m de columna de agua) exigen:
Estructura de rueda reforzada con espesores extra y acero de alto límite elástico.
Sistema de doble junta tórica en todas las conexiones hidráulicas.
Cascos de presión para el personal de intervención.
A partir de 12 bar, algunos proyectos optan por Direct Pipe®, que combina escudo microtunel con empuje de tubería continua, evitando la cámara de operador.
Un caso emblemático es el emisario submarino de Durban (Sudáfrica), donde la presión hidrostática llegó a 13,5 bar. Los ingenieros adoptaron un sistema de triple redundancia de bombas y rediseñaron los sellos de la rueda basándose en ensayos de laboratorio publicados en 2024 por la Institution of Engineers South Africa ascelibrary.org.
Recuperación y reinicio tras parada de emergencia
Una parada de más de 30 minutos puede causar filtración de agua en la cámara y pérdidas de presión. El protocolo recomienda:
Cerrar la válvula de bypass para aislar la cámara.
Reinyectar lodo hasta recuperar la presión objetivo.
Verificar integridad de juntas de la línea de descarga.
Arrancar de nuevo con un avance lento (≤10 mm/min) durante los primeros 2 m para estabilizar el flujo.
Este procedimiento se aplicó en el sistema de Captación de agua marina para desalación de Gran Canaria, donde un corte eléctrico provocó una parada de 22 minutos sin incidentes posteriores.
Beneficios de una gestión de presiones óptima
Seguridad para la plantilla y para la población en superficie.
Reducción de asentamientos: clave cuando se trabaja bajo líneas férreas o cascos históricos.
Ahorro de lodo: un circuito afinado reduce el consumo de bentonita en torno al 18 %.
Rentabilidad: evitar roturas y sellos dañados implica menos paradas y más metros excavados por turno.
Sostenibilidad: menos pérdidas de fluido significan menor impacto ambiental, algo valorado en programas de financiación verde aplicables a Obras de drenaje.
Conclusiones
La gestión de presiones bajo agua subterránea alta con hidroescudo es una disciplina que combina geotecnia, hidráulica y control mecánico. Un equilibrio estable de presión de cara, apoyado en sensores de alta frecuencia y en una estrategia inteligente de bombeo e inyección, evita filtraciones y asentamientos. Sumado a un diseño robusto de equipo y a protocolos de parada segura, garantiza un avance sostenido incluso por debajo de acuíferos confinados con más de 10 bar de presión.
Si tu próximo proyecto involucra cruces con riesgo de afloramiento o emisarios submarinos profundos, contacta con nuestro equipo para una auditoría de gestión de presiones.
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