diseño del soporte de una obra subterranea

DISEDISEÑÑO DEL SOPORTE O DEL SOPORTE DE UNA OBRA DE UNA OBRA SUBTERRSUBTERRÁÁNEANEA

Prof. BenjamProf. Benjamíín Celada Tamamesn Celada Tamames

CatedrCatedráático de Obras Subterrtico de Obras Subterrááneas neas U.PU.P. de Madrid (Espa. de Madrid (Españña)a)Director General de Geocontrol, S.A. (Madrid, EspaDirector General de Geocontrol, S.A. (Madrid, Españña)a)

Curso sobreCRITERIOS ACTUALES PARA EL DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE OBRAS SUBTERRÁNEASSantiago, 23 y 24 de abril, 2009

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UTILIZACIÓN DE TUNELADORAS EN MACIZOS ROCOSOS

TEXTODiseño del soporte de una obra subterránea. Prof. B. Celada

CRITERIOS ACTUALES PARA EL DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE OBRAS SUBTERRÁNEAS. Santiago, 23 y 24 de abril, 2009.

1.- Concepto del soporte.2.- Condicionantes para el diseño del soporte.

2.1. Terreno.2.2. Estado tensional natural.2.3. Proceso constructivo.2.4. Métodos de cálculo.

3.- Explotación de los cálculos tenso-deformacionales.4.- Conclusiones.

DISEÑO DEL SOPORTE DE UNA OBRA SUBTERRÁNEAÍNDICE

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Habitualmente se define el soporte de una obra subterránea como los elementos resistentes que garantizan la seguridad durante el proceso de excavación y permiten estabilizarla.

Una definición alternativa y más precisa mantendría “elementos resistentes que garantizan la seguridad durante el proceso de excavación”; pero añadiría: permitiendo que la roca remanente trabajara en un estado triaxial.

DISEÑO DEL SOPORTE DE UNA OBRA SUBTERRÁNEA CONCEPTO DEL SOPORTE (I)

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La idea de que la roca remanente trabaje triaxialmente es básica para esclarecer el papel esencial que juega el soporte de una obra subterránea y se apoya en la redistribución tensional alrededor de una excavación y en el comportamiento a compresión triaxial de las rocas.

CONCEPTO DEL SOPORTE (II)

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σr= componente de la presión que actúa en dirección del centro de la excavación (TENSIÓN RADIAL).

σθ= componente de la presión que actúa en dirección perpendicular a la del centro de la excavación (TENSIÓN TANGENCIAL o CIRCUFERENCIAL).

τrθ= tensión de corte que actúa sobre la superficie.

σi= tensión radial aplicada contra el terreno en el perímetro de la excavación (Presión producida por el sostenimiento).

σH0= tensión horizontal que actúa sobre el terreno donde éste no está afectado por la excavación (Presión de campo horizontal).

σV0= tensión vertical que actúa sobre el terreno donde éste no está afectado por la excavación (Presión de campo vertical).

x

y

R

σV0

σH0θ

σi

σθ

σrτrθ

DISTRIBUCIÓN DE TENSIONES EN EXCAVACIONES CIRCULARES

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Para analizar la redistribución tensional alrededor de una excavación circular elástica son aplicables las fórmulas encontradas por KIRSCH (1898)KIRSCH (1898) cuando estudió las estructuras metálicas unidas mediante remaches.

Llamando (coeficiente de reparto de tensiones) y considerando que , se tiene:

En el perímetro de la excavación, r = R, se tiene:σr = 0σθ = σ0 [(1+k)+2(1-k) cos 2θ]τrθ = 0Si K = 1σr = 0 σθ = 2σ0 τrθ = 0

Lo cual supone que la roca remanente trabaje a compresión simple.

0V

0Hkσσ

= 00V σ=σ

θ⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−+

−σ=τ

θ⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+

−σ+⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+

+σ=σ

θ⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+−

−σ−⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−

+σ=σ

θ

θ

2senrR3

rR21

2k1

2cosrR31

2k1

rR1

2k1

2cosrR3

rR41

2k1

rR1

2k1

4

42

0r

4

4

02

2

0

4

4

2

2

02

2

0r

2

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Estado tensional en un punto del perímetro de una excavación circular en un medio elástico.

CONCEPTO DE SOPORTE (III)

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El efecto mecánico del sostenimiento se asimila a una presión radial que confina la roca remanente; lo cual tiene como consecuencia que ésta resista más y sea capaz de asumir una deformación límite mayor, que la que tendría trabajando a compresión simple.

CONCEPTO DEL SOPORTE (IV)

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Ensayos de compresión simple y triaxial realizados en pórfido sienítico del Túnel del Boc. Eje Transversal de Cataluña.

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Como principio básico hay que admitir que para un túnel dado hay varios sostenimientos válidos y para dimensionarlos se deben atender condicionantes de origen muy diverso:

Terreno.Estado tensional natural.Proceso constructivo.Métodos de cálculo.

2.- CONDICIONANTES PARA EL DISEÑO DEL SOPORTE

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Por lo que se refiere al terreno hay que señalar que los ensayos a rotura para caracterizar su comportamiento se hacen en laboratorio sobre muestras de roca intacta; lo cual hace imprescindible resolver el problema que plantea el efecto escala.

2.1.- CONDICIONANTES DERIVADOS DEL TERRENO (I)

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Roca intacta y macizo rocoso (Hoek, 1980)

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El límite tensional que es capaz de asumir un terreno dado esta dado por el criterio de rotura.

Hasta finales del siglo pasado el criterio de mayor aceptación era el de Mohr-Coulomb, que fue sustituido por el de Hoek-Brown; ya que este se adapta mejor al comportamiento mecánico de las rocas.

Los criterio tipo Strengh-Softening presentan buenas posibilidades para tener en cuenta el comportamiento en la post-rotura.

2.1.- CONDICIONANTES DERIVADOS DEL TERRENO (II)

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La definición de los parámetros del criterio de Hoek-Brown para la roca intacta se hace a partir de los tipos habituales de ensayos de laboratorio: Compresión simple, compresión triaxial y tracción indirecta (Brasileño).

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Criterios de H-B para la roca intacta y el macizo rocoso.

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⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−+=

=

⋅=

−−

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

−−

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

−−

320

15

39100

1428100

61

21 eea

es

emm

RMR

DRMR

DRMR

ib

RMR = Rock Mass Rating de Bieniawski.D = es un parámetro relacionado con la alteración del terreno que

indica el método de excavación.

(Normalmente a = 0,5)

D = 1 si la excavación altera gravemente el terrenoD = 0 si la excavación altera poco el terreno

Los parámetros del criterio H-B para el macizo rocoso se determinan con las siguientes expresiones:

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Criterios para estimar el factor “D”

D = 0,8

Very poor quality blasting in a hard rock tunnel results in severe local damage, extending 2 or 3 m, in thesurrounding rock mass.

D = 0

D = 0,5No invert

Mechanical or handexcavation in poor qualityrock masses (no blasting) results in minimaldisturbance to thesurrounding rock mass. Where squeezing problemsresult in significant floorheave, disturbance can be severe unless a temporaryinvert, as shown in thephotograph, is placed.

D = 0

Excellent quality controlledblasting or excavation by Tunnel Boring Machineresults in minimaldisturbance to the confinedrock mass surrounding a tunnel.

Suggested vlaueof D

Description of rock massAppearance ofrock mass

D = 1,0Production blasting

D = 0,7Mechanic

alexcavatio

n

Very large open pit mine slopes suffer significantdisturbance due to heavyproduction blasting and alsodue to stress relief fromoverburden removal.

In some softer rocksexcavation can be carriedout by ripping and dozingand the degree of damageto the slopes is less.

D = 0,7Good

blasting

D = 1,0Poor

blasting

Small scale blasting in civil engineering slopes results in modest rock mass damage, particularly if controlledblasting is used as shown onthe left hand side of thephotograph. However, stress relief results in somedisturbance.

Suggested vlaueof D

Description of rock massAppearance ofrock mass

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El comportamiento del macizo rocoso es muy diferente del de la roca intacta pues es:

Mucho menos resistente

Mucho más deformable

scicm •=σσ ( Hoek-Brown)

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ −

•= 36100RMR

iM eEE (BIENIAWSKI – GALERA, 2005)

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Resultados simplificados de un ensayo a compresión simple

Módulo de Young

a

r

εε−

=ν Coeficiente dePoisson

Slope = Es

σc=104 MPa

σc/2

σ a(M

Pa)

εr (%) εa (%)

Slope = Et, Eav

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Efecto escala en el comportamiento a compresión simple del terreno.

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El estado tensional natural es uno de los datos de partida necesarios para calcular la redistribución de la tensión circunferencial (σθ) que se produce cuando se excava una obra subterránea.

Habitualmente se supone que la vertical es una dirección principal y que el modulo de las tensiones naturales vale:

σv = γ · H

σH = K01 · σv

σh = K02 · σv

Muchas veces se simplifica lo anterior con K01=K02=K0.

2.2.- CONDICIONANTES DERIVADOS DEL ESTADO TENSIONAL(I)

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El valor de K0 tiene un campo de variación muy amplio, comprendido entre 0,3 y 14; aunque los valores más habituales están comprendidos entre 0,7 y 2,5.

El efecto del K0 sobre las solicitaciones de los elementos de soporte es muy acusado y, consecuentemente, es importantes conocer el K0

con buen precisión.

2.2.- CONDICIONANTES DERIVADOS DEL ESTADO TENSIONAL (II)

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Efecto de las fallas sobre el coeficiente de reparto de tensiones (Jamison y Cook, 1979)

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A.- Distribución de deformaciones al cortey cargas sobre los bulones para k0 = 0,7

B.- Distribución de deformaciones al corte y cargas sobre los bulones para k0 = 1,4

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La determinación precisa del estado tensional natural es una operación delicada y costosa.

Las técnicas basadas en células triaxiales colocadas en sondeos, que luego se sobreperforan, ofrecen resultados con gran dispersión.

Actualmente la técnica que ofrece mejores resultados es la Hydrofracturación; aunque su coste es elevado, debido a la especificidad de los equipos a emplear.

2.2.- CONDICIONANTES DERIVADOS DEL ESTADO TENSIONAL(III)

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Cuando no es viable realizar ensayos para determinar el estado tensional natural, éste se puede estimar mediante la expresión:

Donde:

representa el efecto litoestático.

KOTEC representa el efecto tectónico.

KOER representa el efecto de la erosión geológica del terreno.

2.2.- CONDICIONANTES DERIVADOS DEL ESTADO TENSIONAL (IV)

vv−1

ERTECKK

vvK 000 1

++−

=

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Cuando una obra subterránea se construye en fases hay que tener en cuenta que la excavación de cada fase sobrecarga los elementos de soporte colocados en las fases anteriores. De esto se deduce que en las obras subterráneas proyectadas por fases es imprescindible estudiar el comportamiento de los elementos de soporte en cada fase constructiva.

A veces el soporte hace también la función de revestimiento; como sucede en las tuneleras que colocan anillos de dovelas y en métodos como las galería de cimentación. En estos casos el soporte debe ser diseñado para estabilizar la excavación y para garantizar la duración de la obra a largo plazo.

2.3.- CONDICIONANTES DERIVADOS DEL PROCESO CONSTRUCTIVO (I)

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Túnel construido con anillos de dovelas.

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Soporte definitivo en el método de las Galerías de Cimentación.

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Con la tecnología actual la máxima presión radial que pueden dar los elementos de soporte es del orden de 5 MPa; para túneles de 10 m de diámetro.

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Desde hace varias décadas se ha constatado que los resultados

obtenidos con formulaciones cerradas tienen muy poca

representatividad para poder diseñar el soporte de una obra

subterránea.

El gran desarrollo que tuvieron los PC’s a partir de la década de los

90, hizo posible resolver de forma competitiva modelos geomecánicos

de elementos finitos que permitan simular el comportamiento tenso

deormacional de los terrenos al construir una obra subterránea; de tal

forma que, actualmente, éste se ha convertido en el procedimiento de

cálculo internacionalmente adoptado.

2.4.- CONDICIONANTES DERIVADOS DE LOS MÉTODOS DE CÁLCULO (I)

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Actualmente la mayor parte de los modelos

geomecánicos son bidimensionales, algunos muy

complejos y detallados; pero como la realidad es 3D es

preciso adoptar simplificaciones para tener en cuenta el

efecto confinante del frente de la excavación.

Las simplificaciones más afortunadas se basan en la

teoría de Panet que concreta el efecto del frente en una

presión radial ficticia; que se activa sobre todo el perímetro

excavado.

2.4.- CONDICIONANTES DERIVADOS DE LOS MÉTODOS DE CÁLCULO (II)

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Representación de diversas expresiones del efecto frente de un túnel.

P x 100

DISTANCIA AL FRENTE (m)

/σf o

PANET, elástico, Ko=1.Túnel circular en neis a 1.020 m de profundidad.

GEOCONTROL, para terrenos muy plastificados.BULYCHEV Y FOTIEVA (2003)

PANET, elástico, K0=1 0Rx429,1

f e666,0P σ⋅⋅=−

Túnel circular en neis a 1.020 m de profundidad(obtenida mediante elementos finitos)BULYCHEV Y FOTIEVA (2003) 0

Rx38,1

f e6,0P σ⋅⋅=−

GEOCONTROL, para terrenos muy plastificados. 0Rx485,0

f e127,0P σ⋅⋅=−

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Los modelos tridimensionales se empezaron a utilizar con cierta

profusión en la última década; pero presentaban dos dificultades

importantes: su mallado suponía una tarea muy tediosa y costosa y el

tiempo de cálculo requerido exigía varios días.

Recientemente se han desarrollado malladores automáticos en 3D

que parecen efectivos.

Implementando varios microprocesadores de doble núcleo en los

PC’s y trabajando en multiproceso, actualmente se consigue resolver

un modelo 3D de tipo medio en menos de 24 horas; lo cual se

considera muy satisfactorio.

2.4.- CONDICIONANTES DERIVADOS DE LOS MÉTODOS DE CÁLCULO (III)

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FLAC3D 2.10

GEOCONTROL, S.A.MADRID

Step 30657 Model Perspective12:14:47 Tue Jan 04 2005

Center: X: -8.535e-001 Y: 1.275e+001 Z: 1.407e+001

Rotation: X: 30.000 Y: 0.000 Z: 20.000

Dist: 5.826e+002 Mag.: 1.25Ang.: 22.500

View Title: Túnel Montegordo. Portal Norte.

Block Property bulk8.330000e+0012.121400e+0032.671400e+003

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Modelo 3D mallado automáticamente.

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El terreno natural es un medio básicamente discontinuo; aunque, en

función de su respuesta tensodeformacional, puede asumirse que se

comporte como un medio continuo.

Esta consideración es importante pues la mayoría de los programas

de cálculo TENSO-DEFORMACIONAL trabajan con medios continuos.

Como criterio práctico se puede admitir que:

Sí el RMR > 70 debieran usarse programas de medios discontinuos.

Sí el RMR < 40 deben usarse programas de medios continuos.

Sí 40 < RMR < 70 pueden usarse programas de medios continuos, con

modificaciones.

2.4.- CONDICIONANTES DERIVADOS DE LOS MÉTODOS DE CÁLCULO (IV)

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El punto de partida es ser consciente de que los cálculos

tensodeformacionales son muy precisos; pero se alimentan con datos que pueden tener una elevada variabilidad y, por lo tanto, la representatividad de los resultados puede llegar a ser fuertemente cuestionada.

Otro aspecto básico es tener muy claro que los resultados de los

cálculos sólo son contrastables en obra relacionándolos con los

movimientos del terreno y del soporte.

3.- EXPLOTACIÓN DE LOS CÁLCULOS TENSODEFORMACIONALES (I)

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En la actualidad la explotación de los resultados de los cálculos

tenso-deformacionales puede orientarse hacia los siguientes objetivos:

Justificación de una Sección Tipo de Soporte.

Identificación del mecanismo de rotura del terreno.

Determinación de propiedades del terreno mediante análisis

retrospectivos.

Optimización del diseño constructivo.

3.- EXPLOTACIÓN DE LOS CÁLCULOS TENSODEFORMACIONALES (II)

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Todos los programas de cálculo tenso-deformacional tienen una

amplía biblioteca de elementos estructurales a partir de los cuales se

puede modelizar los elementos más habituales de soporte: Cerchas,

Pernos, Hormigón proyectado, Micropilotes,...

Como resultado de los cálculos se obtienen los esfuerzos axiles, los

momentos flectores y los cortantes en los elementos estructurales, que

permiten comprobar el dimensionado de los elementos de soporte;

utilizando los criterios habituales de la Resistencia de Materiales.

3.1.- JUSTIFICACIÓN DE UNA SECCIÓN TIPO DE SOPORTE

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Los mecanismos de rotura del terreno, que pueden conducir al

colapso de una excavación subterránea, no siempre son evidentes;

pues dependen de numerosos parámetros relacionados con los litotipos

existentes; presencia de agua, otras obras subterráneas proximas...

Mediante sucesivos cálculos tenso-deformacionales, reduciendo

progresivamente algunos de los parámetros del terreno, se pueden

identificar los mecanismos de rotura; lo cual permite proyectar las

medidas de refuerzo o cambios constructivos pertinentes.

3.1.- IDENTIFICACIÓN DEL MECANISMO DE ROTURA DEL TERRENO

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Distribución de velocidades en el momento del colapso.

FLAC (Version 5.00)

LEGEND

16-Mar-09 23:43 step 587848 -1.500E+01 <x< 5.100E+01 -2.500E+01 <y< 4.100E+01

Factor of Safety 1.07Y-velocity contours -1.50E-08 -1.00E-08 -5.00E-09 0.00E+00 5.00E-09 1.00E-08

Contour interval= 5.00E-09Boundary plot

0 2E 1

Water Table

-2.000

-1.000

0.000

1.000

2.000

3.000

4.000(*10 1̂)

-1.000 0.000 1.000 2.000 3.000 4.000 5.000(*10 1̂)

JOB TITLE : BOCA NORTE TUNEL DE TESO. FASE 8. FACTOR DE SEGURIDAD.

GEOCONTROL S.A. MADRID, SPAIN

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Cuando se produce el colapso de una excavación subterránea o de un talud y se

conoce con precisión la geometría de la zona colapsada y los litotipos existentes se puede

plantear un modelo geomecánico que tendrá un FS = 1.

A partir de unas propiedades estimadas del terreno, subvalores se pueden ir reduciendo

progresivamente hasta conseguir un FS = 1; situación en la que las últimas propiedades

del cálculo se considera corresponden a la del terreno real.

Es muy importante reducir las propiedades tenso-deformacionales del terreno de una

forma coherente con lo que cabe esperar de acuerdo con la Mecánica de Rocas; pues en

caso contrario las propiedades determinadas no serán consistentes entre sí.

3.3.- DETERMINACIÓN DE LAS PROPIEDADES DEL TERRENO MEDIANTE ANÁLISIS RETROSPECTIVOS

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Análisis retrospectivo en el Túnel de A Pena (España).

FLAC3D 3.10

Itasca Consulting Group, Inc.Minneapolis, MN USA

©2006 Itasca Consulting Group, Inc. Step 118245 Model Projection12:55:47 Tue Oct 28 2008

Center: X: 5.494e+000 Y: 5.000e-001 Z: 5.918e+000

Rotation: X: 0.000 Y: 0.000 Z: 0.000

Dist: 2.217e+002 Size: 1.850e+001

Contour of Velocity Mag. Magfac = 0.000e+000 Live mech zones shown

2.5746e-009 to 5.0000e-009 5.0000e-009 to 1.0000e-008 1.0000e-008 to 1.5000e-008 1.5000e-008 to 2.0000e-008 2.0000e-008 to 2.5000e-008 2.5000e-008 to 3.0000e-008 3.0000e-008 to 3.5000e-008 3.5000e-008 to 4.0000e-008 4.0000e-008 to 4.3423e-008

Interval = 5.0e-009

Velocity Maximum = 4.433e-008 Linestyle

Sketch Magfac = 0.000e+000 Live mech zones shown

FLAC3D 3.10

Itasca Consulting Group, Inc.Minneapolis, MN USA

©2006 Itasca Consulting Group, Inc. Step 158245 Model Projection17:35:47 Thu Oct 23 2008

Center: X: 5.494e+000 Y: 5.000e-001 Z: 5.918e+000

Rotation: X: 0.000 Y: 0.000 Z: 0.000

Dist: 2.217e+002 Size: 1.850e+001

Contour of Velocity Mag. Magfac = 0.000e+000 Live mech zones shown

4.6034e-008 to 1.0000e-006 1.0000e-006 to 2.0000e-006 2.0000e-006 to 3.0000e-006 3.0000e-006 to 4.0000e-006 4.0000e-006 to 5.0000e-006 5.0000e-006 to 6.0000e-006 6.0000e-006 to 7.0000e-006 7.0000e-006 to 8.0000e-006 8.0000e-006 to 9.0000e-006 9.0000e-006 to 1.0000e-005 1.0000e-005 to 1.1000e-005 1.1000e-005 to 1.1885e-005

Interval = 1.0e-006

Velocity Maximum = 1.189e-005 Linestyle

I.- Velocidades de desplazamiento en el último cálculoestable con el sostenimiento inicial y Cu = 13,79 t/m2

II.- Velocidades de desplazamiento del terreno con el sostenimiento inicial si se toma Cu = 13,1 t/m2

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El hecho de que los cálculos tenso-deformacionales se apoyen en datos con

una apreciable variabilidad y, lo que es más importante, que no se conozcan con

precisión las características del terreno a excavar hace necesario comprobar

durante la obra que las previsiones de los cálculos se corresponden con la

realidad.

Esta es la idea de la metodología de diseño de soporte denominada Diseño

Estructural Activo (DEA) que fue puesta a punto por GEOCONTROL en la

década de los 80 y empleada habitualmente desde esos años.

3.4.- OPTIMIZACIÓN DEL DISEÑO DEL SOPORTE (I)

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I.- Geotecnia, que tiene por objeto caracterizar el terreno e identificar los riesgos

constructivos asociados al terreno.

II.- Diseño estructural, que tiene por objeto el diseño del soporte a emplear y la previsión

de la convergencia medible.

III.- Comprobación en obra, que tiene por objeto contrastar la bondad de los cálculos

realizados; comparando la convergencia calculada con la realmente

medida.

3.4.- OPTIMIZACIÓN DEL DISEÑO DEL SOPORTE (II)

La metodología del DEA para diseñar el soporte de una excavación subterránea se aplica en tres fases:

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COMPROBACIÓN EN OBRA

DISEÑO ESTRUCTURAL

GEOTECNIA

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José Miguel Galera se ha ocupado ampliamente de exponer los

aspectos relacionados con la caracterización del terreno; que es el

objeto de la fase de GEOTECNIA del DEA.

Por lo que se refiere a la fase de DISEÑO ESTRUCTURAL con lo

expuesto en esta presentación sobre los cálculos tenso-deformacionales

queda explicado el contenido de la segunda fase del DEA.

Finalmente, resta por explicar la tercera fase que se centra en la

comprobación en obra de los cálculos efectuados; mediante las medidas

de convergencia.

3.4.- OPTIMIZACIÓN DEL DISEÑO DEL SOPORTE (III)

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Fase I: ESTUDIO GEOTÉCNICO Fase II: PROYECTO DE CONSTRUCCIÓN Fase III: COMPROBACIÓN EN LA OBRA

Fases para aplicar la metodología del DEA.

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Durante la construcción del Túnel de Vallvidrera (Barcelona) en la

década de los 80 los Técnicos de Geocontrol comprobaron que con la

medida y análisis de la convergencia producida en el túnel se podía

controlar con gran precisión el proceso de estabilización de la

excavación.

Las medidas de convergencias son muy fáciles de hacer, tienen una

precisión mejor que 0,1 mm para anchuras de excavación de 15 m y son

muy poco costosas.

3.4.- COMPROBACIÓN DEL DISEÑO DEL SOPORTE (IV)

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Medida de convergencia en un túnel.

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Los resultados de los cálculos tenso-deformacionales permiten conocer

la convergencia total que va a experimentar una excavación hasta su

estabilización.

Sin embargo; durante la obra la convergencia empieza a medirse por

detrás del frente de excavación, con lo cual una parte de la convergencia

final se pierde.

Para poder comparar las medidas de convergencia con las

previsiones de los cálculos es imprescindible tener en cuenta la

distancia al frente en el momento de iniciar las medidas.

3.4.- COMPROBACIÓN DEL DISEÑO DEL SOPORTE (V)

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Evolución de la convergencia de una excavación.

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El diseño del soporte de una obra subterránea depende fuertemente de

los siguientes aspectos:

Características tenso-deformacionales del terreno.

Estado tensional natural.

Proceso constructivo.

Método de cálculo.

4.- CONCLUSIONES (I)

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Por lo que se refiere a la caracterización geomecánica del terreno hay que

señalar que, actualmente, no existen problemas técnicos para caracterizar

correctamente el terreno; salvo los que pueda suponer el acceso a zonas

acotadas.

No obstante hay que tener presente que siempre existirá una limitación

económica para hacer los trabajos de campo; lo cual implica que los datos

que se obtengan puedan tener una apreciable variabilidad.

4.- CONCLUSIONES (II)

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En cuanto al estado tensional natural hay que señalar que su precisa

determinación plantea importantes problemas tecnológicos en la

actualidad.

El método que se considera más ventajoso es el de la Hydro-

fracturación; que debe ser realizado en sondeos y cuya ejecución supone

un coste apreciable.

4.- CONCLUSIONES (III)

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El proceso constructivo condiciona notablemente los cálculos a realizar; ya que

cada fase constructiva sobrecarga el soporte colocado en los anteriores.

Además hay que tener presente que todos los procesos constructivos son

tridimensionales y, consecuentemente, los cálculos del soporte también debieran

serlo.

Se estima que el cálculo tridimensional del soporte será plenamente operativo en

muy pocos años.

4.- CONCLUSIONES (IV)

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El método de cálculo del soporte que, actualmente, esta aceptado

internacionalmente es la resolución de modelos geomecánicos mediante

programas de cálculo tenso-deformacionales.

La mayoría de estos programas trabajan con medios continuos; situación

a la que no siempre se pueden asimilar los terrenos habituales.

De hecho; para terreno con RMR > 70 se deberían emplear programas

de cálculo que trabajaran con medios discontinuos.

4.- CONCLUSIONES (V)

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El hecho de que los cálculos del soporte se basen en datos con una

apreciable variabilidad hace imprescindible que los resultados de los

cálculos deban ser comprobados en obra.

Para comparar la bondad de los cálculos teóricos el parámetro que

resulta más eficaz es la convergencia medida durante la construcción de

las obras subterráneas.

4.- CONCLUSIONES (VI)