1.1 Introducción
Ya en el informe acerca del estado de la tecnología en la excavación profunda y en la
construcción de túneles en terreno duro presentado en la 7ª Conferencia en Mecánica de
Suelos e Ingeniería de la Cimentación, Peck (1969) introdujo los tres temas a ser tenidos en
cuenta para el diseño de túneles en terrenos blandos:
o Estabilidad de la cavidad durante la construcción, con particular atención a la
estabilidad del frente del túnel;
o Evaluación de los movimientos del terreno inducidos por la construcción del
túnel y de la incidencia de los trabajos subterráneos a poca profundidad sobre
los asentamientos en superficie;
o Diseño del sistema de sostenimiento del túnel a instalar para asegurar la
estabilidad de la estructura a corto y largo plazo.
Esta tesis se centra en los problemas señalados en el segundo de los puntos, analizando
distintas soluciones habitualmente proyectadas para reducir los movimientos inducidos por la
excavación de los túneles.
Para realizar el diseño del tratamiento, se recurre a diseños habituales testados por la
experiencia y, en el mejor de los casos, a la comprobación mediante la simulación del diseño
con programas de elementos finitos o diferencias finitas, sin realizar una optimización del
mismo. Esto es sin duda debido al gran tiempo que se debe emplear en la modelización por
parte de personal especializado, que se traduce en un gran coste que no todos los proyectos
permiten.
grouting y pantallas de jet grouting en los asientos en superficie durante la ejecución de túneles con poca cobertura
1.2 OBJETIVOS DE LA TESIS
El objeto de la tesis es el análisis de la influencia de distintos diseños de paraguas de
micropilotes, pantalla de micropilotes, paraguas de jet grouting y pantallas de jet grouting en
los asientos en superficie durante la ejecución de túneles ejecutados a poca profundidad con
objeto de establecer unas premisas para los proyectistas para conocer a priori cuales son los
tratamientos más eficientes (de los propuestos para el estudio) para la reducción de asientos
en superficie cuando se ha de proyectar un túnel, de tal manera que pueda tener datos
cualitativos y algunos cuantitativos sobre los diseños más óptimos, utilizando para ello un
programa de elementos finitos de última generación que permite realizar la simulación
tensodeformación del terreno mediante el modelo de suelo con endurecimiento (Hardening
Soil Small model), que es una variante elastoplástica del modelo hiperbólico, similar al
Hardening Soil Model. Además, este modelo incorpora una relación entre deformación y el
modulo de rigidez, simulando el diferente comportamiento del suelo para pequeñas
deformaciones (por ejemplo vibraciones con deformaciones por debajo de 10
-5y grandes
deformaciones (deformaciones > 10
-3).
Para la realización de la tesis se han elegido cinco secciones de túnel, dos
correspondiente a secciones tipo de túnel ejecutado con tuneladora y tres secciones ejecutados
mediante convencionales.
Los diámetros de las secciones correspondientes a túneles ejecutados con tuneladora
se han elegido los “habitualmente” utilizados para túneles de alta velocidad (diámetro exterior
11.47 m) y túneles de metro (diámetro exterior 9.38 m).
En cuanto a las secciones elegidas para los túneles ejecutados por “métodos
convencionales” se ha elegidos secciones equivalente a las de tuneladora desde el punto de
vista funcional, seleccionando dos secciones para la alta velocidad (Belga y NAMT) y una
sección tipo de Belga para túneles de metro (equivalente a túnel carretero de dos carriles).
Para conseguir los objetivos marcados, primeramente se analiza mediante una
correlación entre modelos tridimensionales y bidimensionales el valor de relajación usado en
estos últimos, y ver su variación al cambio de parámetros como la sección del túnel, la
cobertera, el procedimiento constructivo, longitud de pase (métodos convencionales) o
presión del frente (tuneladora), las características geotécnicas de los materiales donde se
ejecuta el túnel y modelo constitutivo empleado para simular el comportamiento del terreno.
Seguidamente se estudia la influencia que el modelo constitutivo empleado para la
simulación del terreno tiene en el asiento obtenido en las simulaciones y su correspondencia
con los valores medidos en obras ya ejecutadas.
Una vez establecido el modelo más adecuado, se ha analizado que diseño de pantalla
de protección tiene mejor eficacia respecto a la reducción de asientos, variando distintos
parámetros de las características de la misma, como son el empotramiento, el tipo de
micropilote o pilote y la influencia del arriostramiento de las pantallas de protección en
cabeza.
Otro bloque de cálculos está destinado a analizar la influencia en los asientos al
emplear pantallas con distintos grados de inclinación.
Posteriormente se estudia la influencia que la separación de la pantalla de protección
respecto al eje del túnel tiene sobre la cubeta de asientos.
Este estudio se completará con el análisis de una disposición en doble fila de la
pantalla, con objeto de establecer criterios de diseño que optimicen medios empleados en
relación a reducción de movimientos en superficie.
Para finalizar se ha analizado la influencia que las sobrecarga cercanas (simulación de
edificios) tienen en los asiento y en la efectividad de la pantalla proyectada.
Con objeto de poder comparar la efectividad de la pantalla de micropilotes respecto a
la ejecución de un paraguas de micropilotes se analiza distintos diseños de paraguas,
comparando el movimiento obtenido con el cálculo para el caso de pantalla de micropilotes,
comparando ambos con los medidos en obras ya ejecutadas.
Otro apartado se ha destinado a analizar la eficacia en la reducción de asientos de los
paraguas de jet grouting, comparando los resultados con otros tratamientos ya descritos.
Finalmente se ha comparado la efectividad de la pantalla de micropilotes respecto a la
pantalla de jet grouting.
Los resultados obtenidos se comparan con valores de asientos medidos en distintas
obras ya ejecutadas y cuyas secciones se corresponden a los empleados en los modelos
numéricos.
En los cálculos efectuados se ha comprobado la variación en las distorsiones
horizontales y verticales en los distintos diseños estudiados, con objeto de evaluar la
disminución del daño que se puede provocar a edificaciones cercanas.
grouting y pantallas de jet grouting en los asientos en superficie durante la ejecución de túneles con poca cobertura