Evaluación del coeficiente de seguridad del sostenimiento de galerias y túneles en función de su rigidez y distancia al frente en diferentes macizos rocosos y caracterización mediante el método de impacto-eco

Resumo

Actualmente los estudios realizados sobre la interacción entre el macizo rocoso y el sostenimiento colocado en una excavación subterránea se suelen hacer en dos dimensiones debido a la dificultad y tiempo requerido por un estudio tridimensional. Como el modelo bidimensional trabaja en secciones planas, no puede reproducir adecuadamente la problemática que se presenta en las proximidades del frente, dentro de su radio de acción estático. El modelo tridimensional sí puede calcular completamente la distribución de tensiones y deformaciones. De aquí se puede reducir el efecto frente comparando en una sección suficientemente alejada del mismo y con ello, ver la respuesta del sostenimiento empleado en la sujeción de una excavación subterránea realizada en macizos rocosos con distintas características resistentes. Se presenta la comparación del estudio de la excavación en distintos tipos de macizo rocoso mediante la modelización en diferencias finitas en tres dimensiones usando para ello el programa FLAC3D. En este modelo se obtiene la curva característica del terreno comparando la teórica y la obtenida por el propio programa y se realiza un estudio de las tensiones y desplazamientos producidos. A continuación se plantea un estudio paramétrico del comportamiento del sostenimiento de la excavación. Para ello se supone un sostenimiento de hormigón donde se varían sus propiedades elásticas y el espesor, con lo que se actúa sobre la rigidez del sostenimiento. Del sostenimiento estudiado se ve la influencia de los momentos flectores y fuerzas axiles sobre su comportamiento y de ellos se obtiene el coeficiente de seguridad de las distintas secciones. Los resultados se plantean para tres espesores de hormigón 20, 30 y 40 cm en ambos macizos rocosos y dentro de cada espesor se realiza una variación del módulo de Young del hormigón considerando a su vez tres posibilidades, una en la que E permanece constante en todo momento de la excavación, o considerar que E varía a lo largo de la excavación simulando el proceso de fraguado del hormigón hasta que alcanza su máxima resistencia a los 28 días. Para ello se han empleado dos expresiones que relacionan E con la resistencia a compresión del hormigón. También se realiza un estudio de la eficacia del método del impacto-eco, mediante el código de modelización en elementos finitos ANSYS(marca registrada), en la detección de fallos en las uniones entre el macizo rocoso y el sostenimiento y en la comprobación de que el espesor de hormigón instalado en un sostenimiento es el requerido. El impacto-eco es un método no destructivo de testificación de hormigón y estructuras de mampostería basado en el uso de impactos elásticos que generan ondas de tensión que se propagan en el medio para detectar fallos en el interior de los materiales y malos contactos entre capas de diferentes materiales. En los resultados de estos ensayos se ve cuales son los factores más importantes a considerar en el momento de realizar los muestreos. Entre ellos cabe destacar el tiempo total de captura de datos y el tamaño de la región de la superficie en la que se aplica el impacto.