Las líneas de metro de ciudades como Madrid o Barcelona, tramos fundamentales del AVE o de las autopistas de España han necesitado para su construcción el trabajo de una o varias tuneladoras. Las enormes máquinas que se encargan de oradar el subsuelo son imprescindibles en las grandes infraestructuras y su fabricación es una cuestión de estado para países como China, hasta hace poco dependiente de la importanción de maquinaria occidental para acometer algunos de sus faraónicos macroproyectos.

La primera tuneladora china se fabricó en 2008 y, en menos de diez años, han conseguido encabezar el mercado a nivel internacional tanto en producción como en ventas. Sin embargo, les quedaba un último logro por conseguir: la fabricación de rodamientos o cojinetes principales, una de las piezas clave de estas descomunales herramientas. Esto ha cambiado en los últimos años, lo que ha contribuido a la creación del mayor cojinete para tuneladora del mundo, con 8,61 metros de diámetro, tan alto como un edificio de tres plantas.

Ahora, tras la presentación de la pieza el pasado mes de octubre, los ingenieros de la China Railway Construction Heavy Industry Corporation Limited (CRCHI) responsables de este logro han detallado sus sorprendentes métodos de fabricación en el diario estatal Science and Technology Daily, según recoge The South China Morning Post.

En un comunicado de prensa, la empresa sostiene que el rodamiento "puede utilizarse para impulsar tuneladoras de 18 metros de diámetro y soportar más de 10.000 toneladas de carga". Para ello, el equipo del proyecto "superó finalmente las dificultades de fabricación a través de cientos de experimentos con diversos procesos y materiales, lo que ha permitido que el cojinete tenga una larga vida útil y una alta precisión de fabricación".

Para alcanzar este logro, la CRCHI creó en 2019 un instituto de investigación y diseño para desarrollar este tipo de cojinetes extragrandes y de altas prestaciones. Eso, unido a un proyecto conjunto de I+D con la Academia China de Ciencias (CAS), ha dado como resultado este hito en el sector de la maquinaria pesada. 

Una técnica milenaria

Desde 2021, la empresa germano-suiza Liebherr ostentaba el récord anterior del cojinete para tuneladora más grande del mundo, con un diámetro de ocho metros. "Gracias a su rotación homogénea, el cojinete principal garantiza una carga estable del cabezal de perforación y, con ello también, una calidad máxima de la perforación", indica la propia compañía sobre esta pieza en su página web. Es el componente central de la transmisión de potencia de la tuneladora, y su capacidad de carga y durabilidad determinan el rendimiento y la vida útil de la tuneladora.

Además, si se aumenta el tamaño, también lo hace el peso de la máquina en su conjunto (que puede llegar a tener más de 30.000 componentes), lo que incrementa la carga soportada por la capa superficial del cojinete, que sólo tiene un centímetro de grosor. Eso implica estudiar cuidadosamente su resistencia, ya que la temperatura de las distintas zonas de la pieza cambia a distinta velocidad mientras se está operando la tuneladora, lo que puede debilitar el acero y provocar una avería.

Para sortear estos inconvenientes, los ingenieros de la CRCHI se fijaron en una técnica milenaria empleada por los herreros de la antigua China. La solución se encontraba en la espada de Goujian, un tesoro arqueológico encontrado en 1965 en una excavación en la provincia de Hubei, cuyo propietario fue el rey de Yue que gobernó entre el 496 y el 465 a.C.

Esta espada es célebre por su intrincado diseño y su filo todavía conservado a pesar de que han pasado más de 2.500 años desde su creación. Científicos de la Universidad de Fudan y del CAS llevaron a cabo una investigación para determinar la composición química de la espada: el cuerpo de la hoja está hecho principalmente de cobre, y por eso es más flexible y menos propenso a romperse, mientras que el filo tiene más contenido de estaño, lo que lo hace más duro y resistente. Esta composición, junto con su vaina casi hermética, son los principales motivos de su excepcional estado de conservación. Pero hay más.

Como bien sabe todo fan del popular programa de televisión Forjado a fuego, los herreros suelen recurrir a un proceso de templado para endurecer lo que están forjando. Primero someten a altas temperaturas la pieza en cuestión, ya sea una espada, un cuchillo u otro elemento, para después enfriarla rápidamente en un baño de agua o aceite. 

A diferencia de esa técnica convencional, los herreros que fabricaron la espada de Goujian la cubrieron primero con arcilla, para asegurarse de que durante el templado la temperatura cambiara de manera uniforme a lo largo de toda el arma. Más de dos milenios después, el uso de arcilla para conseguir el cojinete de tuneladora más grande del mundo "resolvió perfectamente" el problema de las temperaturas de enfriamiento desiguales, según el equipo del CRCHI.

Otro método

Las tuneladoras siguen siendo las protagonistas en la mayoría de grandes infraestructuras, pero sus elevados costes de operación y mantenimiento han llevado a ingenieros y compañías de todo el mundo a buscar alternativas viables para sustituir estos colosos en cuya fabricación se combina tecnología punta de electrónica, informática y, en los últimos años, inteligencia artificial.

Earthgrid, una compañía con sede en la californiana bahía de San Francisco, presentó en 2022 el desarrollo de un robot perforador que emplea plasma. Este método promete ser mucho más rápido y eficiente, ya que no necesita el cabezal o rueda de corte —la parte frontal que desgasta la roca— ni complejos sistemas de cintas para quitar los restos del frente de excavación.

Tal y como indican desde la compañía, se podrían excavar túneles 100 veces más rápido y un 98% más barato que con los métodos tradicionales de tuneladoras. El plan es poder emplear esta tecnología en la construcción de conducciones para redes eléctricas, internet y cualquier tipo de servicio público en Estados Unidos.