Los materiales óptimos para herramientas de corte de tuneladoras (TBM) se desarrollaron en el proyecto de tres años de duración recientemente finalizado "Broca de arrastre de diamante policristalino innovador (PDC) para tuneladoras de suelo blando" por científicos de materiales de TalTech del grupo de tribología y reciclaje.

La historia de las tuneladoras se remonta a hace 200 años, cuando se construyeron los primeros túneles. En general, los materiales de una tuneladora que están en contacto con partículas abrasivas se pueden dividir en metales, cerámicas y materiales que los combinan, es decir, compuestos. Los composites suelen tener la mayor resistencia al desgaste en entornos agresivos. "Estábamos tratando de mejorar la resistencia al desgaste de los materiales de los elementos móviles de una tuneladora y los compuestos eran la elección correcta para un mayor desarrollo". "el jefe del grupo de investigación de tribología y reciclaje, investigador senior de TalTech School of Engineering, Maksim Antonov explica.

Las pruebas realizadas durante el período de investigación seguían el objetivo principal:prolongar la vida útil de las herramientas de corte TBM para minimizar la necesidad de reemplazarlas. Las herramientas fabricadas con materiales con mayor resistencia al desgaste se pueden reemplazar con menos frecuencia.

"Sustitución de las piezas de desgaste de una tuneladora, es decir, herramientas de corte o brocas de arrastre, es un complicado, tarea costosa y peligrosa. Una tuneladora tiene dimensiones gigantescas:su diámetro puede alcanzar hasta 18 metros mientras que la longitud puede ser de hasta 130 metros y la zona de trabajo de las tuneladoras de suelo blando está constantemente sometida a alta presión. Esto hace que el acceso a las herramientas de corte para su reparación o reemplazo sea muy peligroso y debe realizarse con la menor frecuencia posible. y es mejor si lo hace un robot, "Explica Antonov.

El trabajo más frecuente de una tuneladora en la actualidad es la construcción de subterráneos. El metro se usa generalmente en las grandes ciudades que tienden a construirse en las cercanías de los ríos. El suelo alrededor de los ríos está compuesto por rocas sedimentarias, arena y arcilla. El desnivel de tal terreno donde la arena, La alternancia de capas de arcilla y roca sedimentaria complica la construcción de túneles. Estas condiciones agresivas implican desafíos adicionales y aumentan la demanda de una mejor resistencia al desgaste de las herramientas de corte TBM.

La tecnología de túneles antes mencionada se puede utilizar en una amplia gama de aplicaciones; se puede utilizar para la instalación de tuberías de agua o cables eléctricos bajo tierra mediante el método sin zanjas de construir grandes túneles o subterráneos. El método sin zanja es especialmente ventajoso en condiciones urbanas, Dado que el terreno se puede quitar y la infraestructura requerida se puede instalar casi en su totalidad sin zanjas, lo que permite evitar daños en edificios y carreteras. Por ejemplo, estas obras se han realizado en los últimos años cerca del Coliseo Romano en Italia y se han tomado importantes precauciones para evitar cualquier daño a los sitios del patrimonio cultural.

Maksim Antonov:"Nos inspiramos mucho en la naturaleza al analizar la estructura de las pieles de topo, escamas de pescado, y la estructura de las diatomeas fósiles. En nuestro diseño final intentamos implementar diamantes, nitruro de boro cúbico, polvo de carburo de tungsteno o titanio como refuerzo de nuestros composites, utilizamos impresión 3D o alambres de diamante industrial ".

Gracias al uso de la tecnología de fusión selectiva por láser de la impresión 3-D, pudimos obtener composites de gradiente (donde el material requerido en la cantidad deseada se puede agregar en ciertas ubicaciones) y materiales que tienen una deformación hasta 10 veces mayor que los materiales cerámicos convencionales.

Como resultado de la implementación de la nueva tecnología, pudimos obtener materiales compuestos de gradiente específicos y el material que se puede llamar diamante elástico, que consideramos prospectivamente para herramientas de corte u otras partes críticas de una tuneladora. Además, confirmamos que ajustando la microtopografía de la superficie de contacto (mediante impresión 3D) es posible obtener un material con una fricción increíblemente baja y estable. "Dichos materiales se pueden aplicar en varias áreas, desde la excavación del suelo hasta el equipo espacial de la NASA, "Explica Maksim Antonov.