Cálculo de Túneles de Dovelas

Contamos con una amplia experiencia en el cálculo de dovelas. Para ello se ha desarrollado un proceso de cálculo que tiene en cuanta todas las cargas a que se encuentran sometidas las dovelas, tanto una vez colocadas como durante las fases previas. Se estudian por tanto las siguientes fases:

- Fases provisionales (Desencofrado, volteo, acopio, manipulación, montaje...)
- Esfuerzos en las juntas transversales (Entre anillos) debidos al empuje de los gatos (Efectos Spalling y Bursting).
- Cargas geostáticas sobre el anillo.
- Esfuerzos en las juntas longitudinales (entre dovelas del mismo anillo) debidos al estrechamiento (Efecto Bursting).
- Comprobación de los conectores entre anillos (Arrancamiento y Cortante).
- Efecto Labio en las juntas transversales.

Nuestra experiencia, avalada por el cálculo de un gran número de túneles de dovelas, nos permite optimizar la solución sin comprometer la seguridad y durabilidad, de forma que se alcancen espesores de dovelas "tan delgadas como sea posible, tan gruesas como sea necesario".

Para el cálculo de la dovela sometida a las cargas del terreno se han desarrollado modelos tridimensionales complejos que incluyen tanto al terreno como a la dovela. dichos modelos permiten la introducción de las juntas del anillo, tanto tranversales como longitudinales, incorporando tanto los conectores/pernos entre anillos como los pernos entre dovelas del mismo anillo.

Respecto a la comprobación de los efectos Bursting y Spalling en las juntas, se utilizan modelos numéricos tridimensionales, lo que permite obtener unos resultados más ajustados a los reales respecto a los obtenidos con los métodos clásicos (Leondhart para el efecto Bursting y Schleeh para el Spalling). Entre las ventajas de la modelización numérica cabe citar:

- Permite introducir la geometría real tanto de la dovela como de la zona de contacto zapata-dovela.
- Permite introducir una excentricidad en las cargas.
- En el mismo cálculo se consideran tanto el efecto Bursting como el Spalling.

Dovelas Reforzadas con Fibras

El hormigón reforzado con fibras (HRF o FRC por sus siglas en inglés, Fibres Reforcement Concrete) se ha usado como refuerzo del hormigón en túneles de dovelas desde hace más de 25 años. La introducción de fibras estructurales, tanto de acero como sintéticas, en hormigones de altas prestaciones mecánicas produce una mejora del comportamiento del material en varios aspectos de su funcionalidad en las estructuras de túneles, ya sean definitivas como los anillos de dovelas prefabricadas y revestimientos in situ, como para sostenimientos provisionales como es el hormigón proyectado. En particular, el uso de fibras como refuerzo del hormigón se adapta muy bien al caso de túneles de dovelas prefabricadas, ya que en este caso se trata de elementos principalmente comprimidos con esfuerzos de flexión relativamente pequeños.

El conocimiento y desarrollo en relación al uso estructural del HRF es amplio, existiendo numerosas referencias y, sobretodo, está amparado por guías y normativas tanto nacionales como internacionales. El uso de fibras con carácter estructural ya está regulado a nivel europeo en varios estados: en Alemania con la DBV 2001, en Italia con la CNR-DT 204, en España con la EHE–08 y, además, existen regulaciones de carácter europeo establecidas por el RILEM comité 162 y a nivel internacional el nuevo Código Modelo del 2010. Todos estos códigos y guías de diseño incluyen el hormigón con fibras como material estructural y plantean métodos de cálculo basado en la teoría de los estados límite y los coeficientes parciales de seguridad en la misma línea de los criterios de diseño establecidos y aceptados para el hormigón armado y/o pretensado tradicional. Es importante recalcar también, que el comité de redacción del EC-2 está también trabajando para incluir en la nueva versión el HRF como material estructural.

Resumidamente, las principales ventajas que las fibras estructurales introducen en el hormigón son:

- Aumento de la tenacidad en la superficie del hormigón, garantizando una capacidad mayor para resistir impactos y evitar roturas de los recubrimientos.
- Aumento de la ductilidad en la masa del hormigón, por la capacidad de las fibras de distribuir las fisuras tridimensionalmente, reduciendo el ancho de las mismas. Así mismo, con una cuantía suficiente y cumpliendo las disposiciones normativas, las fibras sintéticas pueden garantizar por si solas la ductilidad de la sección de hormigón, evitando el riesgo de rotura frágil, de forma equivalente a las cuantías mínimas de armadura convencional.
- Reducción de la retracción plástica del hormigón durante el fraguado y endurecimiento.
- Aumento de la durabilidad, no solo por la reducción de armadura que lleva asociado el uso de fibras, sino por la capacidad de reducir la fisuración inicial del hormigón y aumentar su impermeabilidad y resistencia al ataque químico en el caso de fibras sintéticas.
- Las fibras sintéticas producen un efecto favorable en las condiciones de fuego dentro de un túnel. Si bien las fibras estructurales no son las fibras específicas para tratar las patologías que el hormigón sufre durante los incendios, las ventajas frente a los refuerzos de acero son notables.
- Mayor rapidez de ejecución de la ferralla y mejores condiciones para los operarios durante las operaciones de hormigonado, redundado también en un incremento positivo de las condiciones de seguridad.
- Permiten reducir las cuantías de acero utilizadas en el refuerzo de las dovelas, disponiendo la armadura donde realmente es necesaria por las cargas concentradas recibidas durante las diferentes fases de la construcción del túnel, y manteniendo la ductilidad con el uso de fibras en el cuerpo de la dovela. De este modo se realizan armados más racionales, pues son proporcionales a las cargas recibidas y garantizan los coeficientes de seguridad de las normativas vigentes.

Cálculo de Presiones de Trabajo

Es bien conocido que el manejo de tuneladoras que trabajan con presión en el frente es complejo. Al contrarrestar la presión exterior (debida al agua y al terreno) mediante la que se ejerce en la cámara, es importante estudiar con precisión el valor de dicha presión (ya que tanto un exceso como un defecto de ésta pueden tener un efecto desestabilizador) en función de la naturaleza de los materiales y de sus propiedades geotécnicas, así como de la posición del nivel freático. Con un buen control de la presión se logra limitar las afecciones en superficie mientras que una presión demasiado alta incrementa sobremanera el desgaste de las herramientas, frena el avance y puede, a su vez, provocar inestabilidades, aumentando también los tiempos de inspección y mantenimiento.

Los objetivos principales de la presión en el frente son:

- Sostener el frente.
- Minimizar las deformaciones en superficie.

Por otra parte, el nivel de presión de sostenimiento depende de:

- Características geotécnicas del suelo.
- Posición del nivel freático.
- Método de excavación.
- Recubrimiento.
- Dimensiones del túnel.

Para la obtención de las presiones de trabajo se estudian un cierto número de modelos para representar posibles mecanismos de rotura en el frente así como para determinar las propiedades del medio de sostenimiento capaz de impedir el colapso, lo que combinado con análisis numéricos de sensibilidad y nuestra amplia experiencia en las aplicaciones de los factores de seguridad conducen a las mejores soluciones.

Estimación de Asientos

Como es sabido, los requerimientos para proyectos de túneles en zonas urbanas son cada vez mayores. Infraestructuras y edificios sensibles tienen que permanecer libres de daños tras las excavaciones, por lo que con frecuencia es necesario disponer medidas de mejora del terreno que elevan de forma muy importante el coste del Proyecto.

Por ello resulta vital la adecuada evaluación de los movimientos que son susceptibles de producirse durante la ejecución de las obras, así como el estudio de las posibles afecciones en otras estructuras o edificios.

En este sentido, la mayor ventaja de la modelización numérica frente a otras herramientas de cara a la estimación de los asientos producidos por la excavación de un túnel, es que permite introducir en el esquema de cálculo el proceso constructivo real, así como puede incluirse en la modelización las estructuras sobre las que quieren analizarse los efectos de la excavación.

Además los posibles tratamientos adicionales pueden ser considerados y optimizados efectivamente en el modelo de cálculo, consiguiendo de este modo una solución más eficiente y económica.

Túneles Convencionales

Contamos con una gran experiencia en el diseño y cálculo de túneles excavados con métodos convencionales. Si bien la tendencia actual es la excavación de túneles mediante TBM, aún existe un gran número de túneles que son excavados por métodos convencionales que, a diferencia de los excavados con tuneladora, proporcionan un proceso muy flexible que permite efectuar fácilmente los siguientes cambios durante la construcción:

- Incrementar o reducir los sotenimientos (tanto hormigón proyectado como bulones).
- Variar el tiempo/distancia al frente de las distintas fases.
- Aumentar o disminuir la longitud del pase de excavación.
- Segmentar el frente de excavación en función de las características geológicas.
- Realizar tratamientos del terreno.

En INGEMEY somos especialistas en la optimización de la solución desde el punto de vista de ejecución y económico, tanto en los referente a la definición de las distintas fases (Ajuste del pase de avance, segmentación del frente de excavación,...) como en lo referente al sostenimiento (optimización de espesores de hormigón proyectado, número y longitud de bulones, ...). Para ello resulta de gran utilidad la modelización numérica tridimensional, ya que permite realizar análisis de sensibilidad respecto de los distintos parámetros (Pases, sostenimientos, estabilidad del frente) y alcanzar la solución más eficiente.

Estructuras Subterráneas

Hemos participado en el diseño y cálculo de todo tipo de estructuras. Para ello contamos con el software más avanzado, tanto comercial como de elaboración propia.

Entre nuestras actividades en el campo de las estructuras cabe citar:
- Estaciones.
- Forjados y losas.
- Estructuras metálicas.
- Estructuras de empuje.
- Pantallas de hormigón armado.
- Falsos túneles.

Geotecnia

De acuerdo a nuestra especialización trabajamos tanto para empresas constructoras como consultoras es los diversos ámbitos de la geotecnia (Líneas de Alta Velocidad, Líneas de Metro, Carreteras, Puertos, Tuberías,...).

Entre nuestras actividades en el campo de la geotecnia cabe citar:

- Mecánica de suelos.
- Mecánica de rocas.
- Estudio de taludes de desmonte.
- Diseño de anclajes al terreno.
- Asesoría geotécnica.
- Estudio de rellenos (terraplenes, pedraplenes y botaderos).
- Cimentación de estructuras.
- Estudios de excavabilidad.
- Estudios hidrogeológicos.