Sostenimiento de galerias y túneles con Arcos Tipo Omega (Ω): ventajas, cálculo y recomendaciones

Arcos Tipo Omega (Ω)

El sostenimiento de galerías mineras y túneles mediante Arcos de Sostenimiento Deslizantes THN ofrece ventajas significativas en entornos de elevada presión del terreno.

Este sistema combina la alta capacidad resistente del perfil metálico con una característica clave: el comportamiento deslizante del cuadro. A diferencia de los arcos rígidos tradicionales, el arco Ω está diseñado para “ceder” de forma controlada cuando la presión del terreno alcanza un determinado umbral.

El deslizamiento evita el agotamiento prematuro del perfil, reduce el riesgo de rotura y actúa como indicador del nivel de esfuerzo al que está sometida la excavación.

El arco tipo Ω no resiste al terreno por rigidez absoluta, sino por equilibrio inteligente: cede cuando debe y soporta cuando es necesario.

La primera característica a destacar de los Arcos de Sostenimiento Deslizantes THN es la geometría de su perfil. Esta sección presenta una resistencia prácticamente equivalente frente a esfuerzos en ambos ejes principales, transversal y longitudinal.

En términos mecánicos, la relación entre el módulo resistente respecto al eje X y el eje Y es aproximadamente igual a 1:

Wxx / Wyy ≈ 1

Esta simetría estructural permite que el perfil trabaje de forma equilibrada ante deformaciones del terreno, favoreciendo grandes convergencias de la sección de la galería o túnel sin comprometer su capacidad portante.

Principales Ventajas de los Arcos de Sostenimiento Deslizantes THN

• Alta capacidad portante, derivada de la geometría del perfil y su comportamiento equilibrado en ambos ejes.

• Gran adaptabilidad a secciones irregulares, especialmente en excavaciones con convergencias significativas.

• Instalación rápida en frente de excavación, reduciendo tiempos de ciclo y mejorando la productividad.

• Excelente compatibilidad con hormigón proyectado (shotcrete) y sistemas de bulonado, permitiendo soluciones combinadas de sostenimiento.

• Posibilidad de recuperación y reutilización en determinadas explotaciones mineras, optimizando costes en proyectos específicos.

Características mecánicas del perfil tipo Ω

En la siguiente tabla se detallan las propiedades mecánicas del perfil tipo Ω en sus distintas configuraciones comerciales.

Más allá de las propiedades mecánicas del perfil —que analizaremos en detalle más adelante—, otro aspecto clave de los arcos tipo Ω es su configuración inicial de montaje.

Los distintos sectores del arco se unen mediante grapas, no mediante soldadura. Estas grapas permiten un determinado grado de deslizamiento controlado —según el tipo seleccionado—, constituyendo la característica diferencial de este sistema de sostenimiento.

El diseño de los Arcos de Sostenimiento Deslizantes THN permite un montaje sencillo y rápido, además de una mejor adaptación a la sección excavada frente a los arcos rígidos tradicionales. Como resultado, se optimiza la sección útil de la galería o túnel.

Otra ventaja relevante frente a los arcos fijos es la posibilidad de recuperación una vez cumplida su función estructural. En determinadas explotaciones mineras, los cuadros pueden desmontarse y reutilizarse, optimizando costes operativos.

En cuanto al curvado del perfil, en minería suele emplearse curvado directo, mientras que en túneles de obra civil es habitual el curvado inverso, especialmente en el denominado método austriaco (NATM). En este caso, el alma del perfil puede perforarse para su combinación con bulones, permitiendo que el arco entre en carga conjuntamente con el terreno. Gracias al solape regulable entre sectores (aumentando o disminuyendo su longitud efectiva), el cuadro se adapta a la excavación antes de quedar embebido en el hormigón proyectado.

Con este sistema se han podido satisfacer las exigencias de explotaciones mineras con secciones cada vez mayores y mayores profundidades, donde los empujes del terreno son significativamente superiores. En estos escenarios, el diseño del sistema de unión, el grado de deslizamiento permitido y la correcta disposición de las grapas se convierten en factores determinantes para el comportamiento estructural del conjunto.

Hipótesis de cálculo para el dimensionamiento del sostenimiento

Para el cálculo del sostenimiento necesario en una galería o túnel mediante arcos tipo Ω, se adoptan las siguientes hipótesis simplificadas:

1. Comportamiento estructural: el arco metálico se considera una estructura biarticulada en sus apoyos.

2. Modelo de cargas: las cargas que actúan sobre el arco se suponen verticales y uniformemente distribuidas.

3. Modo de agotamiento: el agotamiento del cuadro se produce por flexión, despreciando los efectos de flexión compuesta.
   >En el caso de los cuadros deslizantes, antes de alcanzar el agotamiento por flexión debe producirse el deslizamiento por esfuerzo axial en las uniones.

4. Tensión admisible: en minería —y de forma recomendable también en obra civil— se considera como tensión máxima admisible la tensión de rotura del acero empleado.

Gráficos de dimensionamiento de los Arcos de Sostenimiento Deslizantes THN

Bajo estas hipótesis, es posible elaborar gráficos de cálculo para los perfiles comerciales Ω-16.5, Ω-19 y Ω-21, que facilitan el dimensionamiento preliminar del sostenimiento.

El procedimiento es directo:

• En el eje de abscisas se introduce el radio del cuadro (equivalente a la mitad del ancho de la galería).

• En el eje de ordenadas se introduce la carga vertical estimada (Tm/m²).

Como resultado, se obtiene la distancia entre cuadros o distancia de entibación recomendada.

Grapas de unión y recomendaciones de montaje

Un aspecto fundamental del sistema Ω es el diseño y comportamiento de las grapas de unión, que determinan el grado de deslizamiento y el comportamiento estructural del conjunto.

Existen distintos tipos de grapas en función del nivel de apriete y del grado de deslizamiento requerido en la instalación. Como criterio general, se recomienda un solape mínimo entre sectores de 400–500 mm.

Los pares de apriete mínimos orientativos (kg·m) son los siguientes:

• Ω-16.5: 25–30 kg·m

• Ω-21: 25–30 kg·m

• Ω-29: 35–40 kg·m

• Ω-36: 40–45 kg·m

Consideraciones técnicas de instalación de los Arcos de Sostenimiento Deslizantes THN

Durante el montaje deben tenerse en cuenta los siguientes aspectos:

• Garantizar el paralelismo de los perfiles en la zona de solape.
  Una falta de alineación impide el correcto deslizamiento y puede provocar roturas o deformaciones no deseadas.

• Asegurar que el arco quede perpendicular al eje de la galería.

• No grapar perfiles con solapes defectuosos o en falso, es decir, cuando no exista un apoyo correcto entre ambos sectores.

• Respetar los pares de apriete indicados. El uso de herramientas neumáticas de apriete facilita alcanzar el par adecuado y asegura uniformidad en la instalación.

Una vez que el terreno comienza a ejercer presión sobre el arco —observable mediante el aplastamiento del empaquetado o forrado— y se produce el primer deslizamiento, es recomendable reapretar todas las tuercas de las uniones.

Nota técnica

Los valores y recomendaciones anteriores tienen carácter orientativo y no deben considerarse como criterios absolutos de diseño. El dimensionamiento del sostenimiento debe realizarse considerando el conjunto de factores geotécnicos y estructurales del proyecto.

En Onix Underground entendemos que el diseño del sostenimiento subterráneo no se define únicamente por cálculos o modelos teóricos, sino por su capacidad de responder eficazmente a las condiciones reales de excavación.

Por ello, nuestra aproximación al sostenimiento con Arcos de Sostenimiento Deslizantes THN se apoya en tres pilares fundamentales:

1. Diseño técnico riguroso, basado en datos geotécnicos reales, criterios estructurales y experiencia en condiciones de terreno complejas.
2. Instalación controlada, donde el correcto montaje del sistema —geometría del arco, tipo de grapas, grado de deslizamiento y distancia entre cuadros— resulta determinante para el comportamiento del sostenimiento.
3. Eficiencia operativa y seguridad, integradas en cada decisión técnica para garantizar estabilidad del terreno, continuidad del avance y protección de las operaciones.

Nuestro enfoque está orientado a minimizar el riesgo geotécnico, optimizar el rendimiento del sostenimiento y adaptarlo a las condiciones reales del macizo rocoso, tanto en minería subterránea como en túneles de obra civil.

Cada solución busca el equilibrio entre resistencia estructural, capacidad de deformación y eficiencia constructiva, factores clave en excavaciones sometidas a convergencias y altos empujes del terreno.

Porque en ingeniería subterránea, el sostenimiento no es solo una estructura: es el elemento que permite que la excavación sea segura, estable y operativamente viable.