Excavación de túneles en materiales expansivos

Resumen

Históricamente, la presencia de materiales expansivos ha supuesto grandes dificultades en la ejecución de túneles. Las deformaciones producidas en la excavación han sido inadmisibles. La velocidad con que se han producido, sobretodo en solera, impide en ocasiones la ejecución de medidas de contención. Los esfuerzos a los que se han visto sometidos los revestimientos han ocasionado deformaciones intolerables, y en ocasiones roturas del hormigón e incluso el abandono de las obras. En esta Tesis Doctoral se estudia la excavación de túneles en materiales expansivos. En el Capítulo I se desarrolla el comportamiento de los materiales expansivos. El estudio de los mismos se encuadra dentro de la Mecánica de Suelos Parcialmente Saturados, que se ha desarrollado mundialmente en las últimas décadas, y que aún hoy goza de grandes avances tecnológicos. La expansividad de los suelos tiene dos componentes de estudio fundamentales. Por una parte, la mineralogía y granulometría. Ambas se traducen en una gran importancia para los fenómenos superficiales, entre los que se encuentran la absorción y la adsorción de agua. Por otra parte, la historia tensodeformacional resulta determinante. Se han desarrollado modelos elastoplásticos que incluyen la succión, diferencia entre la presión del aire y el agua en los poros del suelo, como variable de estado. En el Capítulo II se estudia el comportamiento de excavaciones de túneles. En primer lugar, en ausencia de expansividad, concediendo especial atención a los recorridos tensodeformacionales impuestos por la excavación del túnel. También se incluye una relación de casos históricos de túneles excavados en materiales expansivos. De especial interés resulta en de los túneles de Trasvasur (Gran Canaria), con presencia de capas subhorizontales de arcilla expansiva. En el Capítulo III se desarrolla la metodología del análisis de una excavación de un túnel en materiales expansivos mediante un modelo numérico, y se toma como ejemplo de aplicación el caso de los túneles de Trasvasur. Se hace especial hincapié en el planteamiento formal del problema y en la caracterización geotécnica de materiales. En el Capítulo IV se analizan los procesos tensodeformacionales inducidos por la excavación de un túnel en materiales expansivos. Se consideran varios factores que afectan al caso, como son la posición de la capa expansiva, la sección de la excavación, el potencial expansivo de la arcilla, etc. En el Capítulo V se describe el comportamiento del revestimiento, considerando la influencia de la sección de la excavación, posición de la arcilla expansiva, secciones de revestimiento, profundidad del eje del túnel, etc. Se ha implementado un modelo elástico sencillo, ofreciendo los resultados la conclusión de que los modelos sencillos son también aplicables en situaciones complejas. En el Capítulo VI se resumen las conclusiones y recomendaciones para futuras investigaciones.