El túnel base de San Gotardo: Introducción y antecedentes

El túnel base de San Gotardo: Solución proyectada (2 de 6)

PARTE 2, Especial “Túnel de San Gotardo” perteneciente a la Revista Obras Urbanas número 57. El artículo se irá publicando en la web en diferentes fragmentos.
Publicación anterior: “El túnel base de San Gotardo: Introducción y antecedentes
Erik von Munthe auf Morgenstierne; Ingeniero de Minas M.A.T.S.A.
Pedro Caro Perdigón; Doctor Ingeniero.
Héctor Vélez Pérez; Ingeniero de Minas. GINPROSA INGENIERÍA.

Solución proyectada

El túnel de base de San Gotardo está formado por dos tubos de 57 km de longitud cada uno, donde en cada cual alberga una vía en cada sentido. Dicho sistema bitubo está conectado cada 325 m por galerías transversales de emergencia. Además el túnel de base contempla unos pozos y accesos adicionales al sistema de túnel bitubo, resultando un total de 152 km de obra subterránea.

Trazado y sectorización

Además de las galerías transversales para emergencia, pozos y accesos adicionales, el sistema bitubo del túnel de base de San Gotardo contempla dos estaciones multifuncionales, Faido y Sedrun dividiendo de este modo el túnel en tres sectores más o menos iguales.

Cada estación multifuncional contempla una estación de parada de emergencia y dos conexiones para cruces de vías entre cada tubo. Este sistema bypass permite a los trenes pasar de un tubo a otro ante cualquier circunstancia que se presente, bien accidentalmente o bien de manera programada. La estación multifuncional además contempla un complejo sistema de extracción de aire y numerosos sistemas para la correcta operación del tráfico ferroviario.

La estación multifuncional de Faido se conecta directamente a través de una galería auxiliar al exterior. Como se ha mencionado en el punto anterior , la necesidad de dar un mejor y rápido servicio al transporte de pasajeros y mercancias, vertebrar el sistema de transporte Suizo desde el centro del país al sur de una manera directa la solución final del trazado contempló un túnel de base. En la Figura 3.1.a se muestra lo comentado.

El túnel base de San Gotardo: Solución proyectada

Figura 3.1.a: Trazado y sectorización del túnel de base de San Gotardo. (Strabag)

Para la planificación y construcción el túnel de San Gotardo fue subdividido en varios sectores. Se desarrolló un sistema de accesos intermedios para la construcción y de esta manera, durante la misma garantizar el suministro de personal, materiales y equipos. Esta sectorización también permitió un ahorro de coste y tiempo puesto que los distintos sectores fueron coordinados y construidos en simultaneidad. En la Figura 3.1.b puede verse el complejo subterráneo total construido.

El túnel base de San Gotardo: Solución proyectada

Figura 3.1.b: Complejo subterráneo del túnel de base San Gotardo. (Elaboración propia)

A continuación se describen de manera sucinta la sectorización:

  • Sector Gotthard North

Se realizó un tramo a cielo abierto y trinchera entre Aldorft/Rynacht y el emboquille uniendo al túnel con la línea actual de ferrocarril. El tramo contempla además diversas estructuras como pasos inferiores y viaductos.

  • Sector Erstfeld

Se realizó un tramo de 600 m en cada tubo con falso túnel mediante cut and cover . Además se han dejado ya construidas otros ramales con estructuras para una futura ampliación del túnel hacia el norte.

  • Sector Amsteg

Se ha construido en este sector 1,8 km de doble tubo desde un ataque intermedio. A este ataque intermedio se accede desde una galería de acceso previamente excavada. Desde este ataque intermedio se montaron dos tuneladoras para excavar en sentido Sedrun. Esta galería de acceso posteriormente se ha utilizado como salida de emergencia y de acceso a vehículos de emergencia y salvamento. Además en dicho sector se realizó una galería de exploración de menor sección que la primera.

  • Sector Sedrun

Este sector contempla un acceso intermedio entre los dos tubos. Para ello se contempló llegar a dicho acceso mediante una galería de acceso intermedio de más de 1 km y un pozo vertical de hasta 800 m de profundidad. Posteriormente se decidió implementar un segundo pozo para un buen diseño del sistema de ventilación. El sector comprende además una estación multifuncional en cada tubo y dos by-pases de comunicación de trenes entre los dos tubos. Cabe destacar que en este sector se desarrollaron unos complejos sistemas de sostenimiento flexible debido al alto estado tensional que presentaba el macizo rocoso y su calidad geomecánica. El túnel en dicho sector se construyó mediante métodos convencionales.

Túnel San Gotardo. Solución proyectada

Tabla 3.1.I: Longitudes del túnel de base San Gotardo por sectores y tubos. ( AlpTransit)

  • Sector de Faido

En este sector se accedió mediante un ataque intermedio a través de una galería de ataque de unos
2,7 km de longitud y una pendiente de 13%. Dicho ataque intermedio sirvió como como zona de cale y reacondicionamiento de las dos tuneladoras que provenían del sector de Bodio además de punto de partida para la construcción de la estación multifuncional. Posteriormente las tuneladoras excavaron hacia Sedrun. En el sector de Faido se ubicó la estación multifuncional en cada tubo y los by-passes respectivos entre los mismos. Cabe destacar que una vez se iniciaron los trabajos de construcción de esta segunda estación multifuncional, ésta tuvo que ser reubicada más al sur debido a condicionantes geológicos de difícil superación.

  • Sector de Bodio

En este sector , también los primeros metros se realizaron mediante cut and cover como en la zona norte. Desde el emboquille se lanzaron a la construcción de los dos tubos dos tuneladoras hacia el sector de Faido.

  • Sector Gotthard Sur

Corresponde a un tramo a cielo abierto y en trinchera desde el emboquille de Bodio hasta la zona de Giustizia y el sur de Biasca, uniendo así de esta forma el nuevo túnel con la red existente. Fue necesario la construcción de varios viaductos así como estructuras auxiliares para preservar aspectos medioambientales puesto que el sector pasaba por una zona densamente poblada.

En la Tabla 3.1.I se resumen los parámetros más importantes de cara a longitudes de túnel construidos por diferentes sectores.

El túnel base de San Gotardo

Tabla 3.1.II: Parámetros geométricos del trazado. (AlpTransit)

El túnel base de San Gotardo

Tabla 3.1.III: Otros valores importantes del túnel San Gotardo. ( AlpTransit)

Además, en la Tabla 3.I.II se resumen otros principales parámetros del trazado.

Finalmente en la Tabla 3.I.III se muestran otros parámetros importantes del túnel.

Secciones funcionales y geométricas

Como se ha comentado anteriormente el túnel de base de San Gotardo está concebido como dos tubos paralelos, donde cada tubo prestará servicio en un sentido u otro para la explotación del túnel.

La sección principal de cada tubo es circular con un radio de excavación de 4,45 m e interior de 3,92 m. El radio interior siempre se respetó, no así el exterior que se vio algo condicionado por cada tuneladora empleada y en aquellas zonas donde el túnel se realizó mediante NATM (Sector Sedrun).

Dicha sección debía albergar tanto la superestructura; vía, aceras peatonales y conductos para instalaciones, además de las propias instalaciones necesarias de comunicaciones, fuerza, electrificación, sistemas de protección contra incendios, emergencia etc.

En la Figura 3.2.a puede verse una sección funcional del túnel con todas las instalaciones y superestructura al completo y en la Figura 3.2.b puede verse la sección geométrica del túnel con las cotas más significativas:

El túnel base de San Gotardo: Solución proyectada

Figura 3.2.a: Sección funcional del túnel San Gotardo. ( AlpTransit)

El túnel base de San Gotardo: Solución proyectada

Figura 3.2.b: Sección geométrica del túnel San Gotardo. ( AlpTransit)

Obsérvese que el revestimiento medio es de 25 cm a lo largo de todo el túnel, llegando en algunas zonas a más donde hubo problemas de grandes deformaciones, como se describirá más adelante.

El túnel de San Gotardo: un túnel profundo y de gran longitud

Los comportamientos geotécnicos asociados a los túneles profundos son un auténtico desafío para los técnicos, diseñadores y constructores. No resulta fácil prever la magnitud de las deformaciones y los esfuerzos. Las deformaciones en ocasiones han llegado a superar el metro, desarrollando esfuerzos que superan la capacidad del sostenimiento o revestimiento colocado. Los tipos y técnicas de sostenimiento que se emplean son especiales, y en muchas ocasiones diseñados específicamente para túneles concretos.

Los túneles profundos presentan dos tipos generales de mecanismos de deformación y rotura: mecanismo frágil y mecanismo dúctil. El primero es el que se asocia a los conocidos fenómenos de estallido de roca (rockburst), caracterizados por un desarrollo súbito e inesperado de las deformaciones aunque con moderado empuje del terreno. El segundo corresponde a los fenómenos de fluencia (squeezing), caracterizados por fuertes deformaciones, de mecanismo más lento, y diferido en el tiempo.

Las características generales de estos mecanismos se resumen en la Tabla 4.I que se incluye a continuación.

El túnel base de San Gotardo

Tabla 4.I: Mecanismos de rotura en túneles profundos ( Amberg 2006)

Reconocimientos geológicos y geotécnicos específicos

Los túneles que se ubican a gran profundidad presentan comportamientos geotécnicos característicos. Para investigar sus propiedades geológicas y geotécnicas, al margen de las técnicas convencionales, debe recurrirse a procedimientos y técnicas específicas.

Los aspectos que hacen diferente una campaña de investigación de un túnel profundo son los siguientes:

  • Con los reconocimientos geológicos desarrollados en superficie, no es fácil establecer una estructura geológica precisa a cota de túnel. Esta dificultad aconseja emplear herramientas de reconocimiento geológico aplicadas en sondeo, que proporcionen datos estructurales.
  • Dada la gran profundidad de los sondeos a realizar , se debe emplear la técnica wireline para de ese modo obtener unos rendimientos de sondaje razonables.
  • En la mayor parte de los casos, los túneles profundos discurren bajo cadenas montañosas, de orografía abrupta. Por esta circunstancia, no todas las zonas a investigar presentan buenos accesos sobre la vertical del túnel. Por ello, es muy frecuente la realización de largos sondeos inclinados o incluso perforación direccional.
  • La técnica habitual de perforación requiere que el diámetro de la perforación se vaya reduciendo a medida que se profundiza el sondeo. De este modo, en las zonas más profundas, que son precisamente las del entorno del túnel, el diámetro del testigo extraído suele ser muy pequeño (generalmente NQ, aproximadamente 49 cm). Este tamaño de muestra está en el límite de lo establecido por la normativa de muchos ensayos de laboratorio. En ocasiones, el reducido tamaño de testigo falsea algunos datos de fracturación del macizo, especialmente el RQD. Estas dificultades aconsejan la aplicación de técnicas que permitan determinar parámetros geotécnicos y de fracturación realizando medición sobre las paredes del propio sondeo.
  • A gran profundidad se desarrollan fenómenos geotécnicos singulares, como el squeezing o el rockburst, que demandan técnicas de caracterización específicas.

Pueden destacarse los siguientes tipos de reconocimientos para la investigación de los túneles profundos:

SONDEOS WIRE – LINE: es la técnica de sondaje empleada en los túneles profundos. El testigo se extrae a través del interior de la sarta de perforación, sin necesidad de extraer ésta.

SONDEOS DIRECCIONALES: permite la extracción de testigos con sondajes que describen cualquier tipo de trayectoria de perforación. Se han empleado para sondear zonas donde no es posible el acceso por superficie. En la Figura 5.1.c se aprecia los sondeos direccionales en el sector Sedrun.

DIAGRAFÍA TELEVIEWER: se emplea para determinar los parámetros geométricos de las diaclasas interceptadas en el sondeo. Aporta datos geológico-estructurales, y permite realizar un censado preciso de la fracturación de la roca, a cota del túnel.

HIDROFRACTURACIÓN: esta técnica permite la determinación de las tensiones naturales del terreno. La técnica se aplica en el interior de los sondeos, a grandes profundidades.

DIAGRAFÍA DE CALIBRE: se puede emplear para determinar la ovalización del sondeo. Sus datos permiten evaluar el valor de las tensiones naturales de manera rápida u sencilla.

DIAGRAFÍA GAMMA NATURAL –TEMPERATURA – CONDUCTIVIDAD: mediantee sta sonda pueden alcanzarse dos objetivos, la detección de fallas y la aportación de datos hidrogeológicos.

  • Detección de Fallas: estos accidentes tectónicos se caracterizan por ser vías preferentes de circulación de agua. Si el agua se recarga en superficie, la temperatura del agua circulante por la falla, generalmente es menor que la de la roca encajante, lo que permite la detección de la falla. Por otro lado, si la falla presenta rellenos arcillosos, el sensor gamma-natural detectará la presencia de Potasio K-40 radiactivo.
  • Datos hidrogeológicos: La medida de conductividad se empleará para evaluar la posible ubicación de zonas con aporte de agua.

DIAGRAFÍA SÓNICA DE ONDA COMPLETA: permite obtener la velocidad de las ondas sónicas primarias y secundarias. A partir de estos datos y de la densidad del terreno, pueden obtenerse los parámetros elásticos (dinámicos) del terreno, valorar in situ la fracturación de la roca y obtener un registro continuo del índice Q de Barton mediante la correlación entre la velocidad de las ondas P .

DILATOMETRÍA: esta sonda permite determinar con precisión el módulo de deformación en carga y descarga. Este parámetro del macizo rocoso es básico para la realización de cálculos tensodeformacionales del túnel.

PRESIODILATOMETRÍA CON PROTOCOLOD E LARGA DURACIÓN: se introduce un resiodilatómetro en sondeo durante un periodo largo de tiempo. Inicialmente se carga a la sonda a la presión natural del terreno. Pasado un periodo de tiempo que va desde varias horas a varios días, se reduce la presión de la sonda y se mantiene el aparato en espera, midiendo la deformación del sondeo durante todo ese periodo de tiempo. De este modo se puede determinar la curva temporal de deformación de la litología sondeada. Con esta técnica pueden establecerse los parámetros de “creep” de los terrenos que eventualmente pudieran presentar este comportamiento geotécnico (pizarras, lutitas, margas, etc.).

ENSAYOS DE LABORATORIO: se han desarrollado diversos tipos de ensayos de laboratorio, sobre testigos de sondeo, para determinar parámetros de creep de la roca ensayada. Los más habituales son los ensayos compresivos, uniaxiales o triaxiales, a tensión y temperatura constante (creep test), cuya duración puede ir de algunas horas a varios años.

Geomecánica de túneles profundos

Cuando se habla de geomecánica se refiere al estudio del comportamiento mecánico de los macizos rocosos y cuantificación del mismo tanto a nivel tensional como deformacional, viendo sus mecanismos de rotura.

Como se ha comentado antes, en los túneles profundos los mecanismos frágil y dúctil de rotura suelen estar presentes y deben estudiarse en las fases de diseño.

A continuación se describen sucintamente dichosmecanismos y que tuvieron lugar en el túnel de San Gotardo.

Estallido de rocas: Rockburst

Aunque este fenómeno geomecánico viene siendo observado en la minería desde el siglo XVIII, no ha sido hasta los años sesenta cuando ha comenzado a comprenderse su naturaleza. Este tipo de comportamiento del macizo rocoso puede definirse como una violenta y súbita fracturación del macizo rocoso (estallido) cuando el macizo acumula un exceso de energía deformacional elástica en la post-rotura.

El fenómeno del rockburst, o estallido de roca, provoca accidentes cada año, en minas y túneles profundos. Como resultado final de la deformación violenta, se manifiesta un fenómeno de lajado o “spalling” de la roca, de varios decímetros de espesor , o una expulsión de bloques, en función de cual haya sido el mecanismo de inicio del fenómeno, y la intensidad del mismo.

Según el mecanismo que desencadena la aparición del fenómeno, podemos clasificarlo en dos tipologías generales (Kaiser 1999):

  • Sísmicamente inducido: consiste en la proyección de bloques existentes, por efecto de algún evento sísmico remoto.
  • Tensional (Strainburst): se origina por acumulación de energía deformacional en zonas con elevado nivel de tensión. El mecanismo es “autoiniciado”, ya que el fenómeno lo desencadena el reajuste tensional producido tras la excavación. Produce en la roca el citado efecto de lajado. Este mecanismo es el más habitual, y el que normalmente cita la literatura técnica.

El espesor de roca lajado tras este fenómeno, puede estimarse de acuerdo a la siguiente ecuación (Kaiser , 2000):

El túnel base de San Gotardo: Solución proyectada

Donde df es el espesor de la roca lajada, r el radio de la excavación, εmax la tensión circunferencial máxima y σc la resistencia a compresión uniaxial de la roca obtenida en laboratorio.

De este modo de acuerdo a la magnitud del lajado, puede valorase la severidad del fenómeno, de acuerdo a la siguiente Tabla 4.2.I.I:

El túnel base de San Gotardo

Para que un macizo rocoso pueda presentar este comportamiento, deben concurrir simultáneamente las siguientes circunstancias:

  • Que la roca sea capaz de acumular suficiente energía deformacional, lo cual generalmente implica que el macizo posea determinadas propiedades mecánicas.
  • Que el nivel tensional sea elevado.
  • Que el macizo rocoso no se encuentre muy fracturado, ya que la fracturación disipa las tensiones y reduce la acumulación de energía.

En la actualidad existen una serie de criterios que permiten evaluar y predecir el riesgo de estallido de roca, evaluando por separado cada uno de los tres factores indicados anteriormente. El primero de ellos es el Criterio Polaco, que establece la capacidad de la roca para almacenar la suficiente energía de deformación elástica como para poder estallar. Por otro lado el Criterio de Hoek, que evalúa tanto las propiedades mecánicas del material como el estado tensional alcanzado por el mismo. Por último, valorando el RQD (Rock Quality Designation), estableciéndose en que intervalos de dicho parámetro de fracturación es más probable que acontezcan episodios de estallido de roca. De manera resumida se tiene:

  • Criterio de la energía de deformación elástica
  • Criterio de la tensión tangencial
  • Criterio de la fracturación (RQD) sobre el estallido de rocas
  • Core disk : Durante la realización de sondeos exploratorios para la ejecución de túneles profundos en macizos rocosos sometidos a fuertes tensiones horizontales, a veces se observa un fenómeno conocido internacionalmente como “core disking”, consistente en la rotura de los testigos de sondeo en forma de discos. Este fenómeno, relatado inicialmente por Hast (1958), está frecuentemente relacionado con la presencia de condiciones adecuadas para la aparición de fenómenos de rockburst en el túnel, es decir, altos niveles tensionales en rocas competentes. Hay que recalcar que la presencia de los discos no siempre implica la existencia de un elevado nivel tensional, pues son múltiples los factores que pueden causar este fenómeno. A veces está generado por la propia textura o estructura de la roca (pizarrosidad, foliación etc.) o a las condiciones en las que se ha desarrollado la perforación (exceso de empuje sobre la boca, etc.). No obstante, su aparición debe ser considerada como un claro indicativo de la posibilidad de aparición de estas condiciones. El espesor de los discos es generalmente menor con altos niveles tensionales horizontales. Sin embargo, en muchas ocasiones, un espesor reducido está más bien relacionado con la textura de la roca (Haimson, 1995). Algunos autores, sobre la base de ensayos de laboratorio (Obert, 1965) sugieren que el fenómeno comienza a observarse cuando la tensión horizontal alcanza la mitad del valor de la resistencia a compresión simple de la roca.

Grandes deformaciones: Squeezing

La comisión sobre Squeezing Rocks in Tunnels, de la Sociedad Internacional de Mecánica de Rocas (ISRM), ha definido Squeezing (Barla, 1995) como: “Gran deformación que ocurre alrededor de un túnel o excavación subterránea, asociada básicamente a la fluencia (creep en el original inglés) causada por tensiones que superan la resistencia a esfuerzo cortante. La deformación puede producirse durante la construcción o continuar por un periodo de tiempo.”

Por lo tanto, el término squeezing, de difícil traducción al español (suele denominarse fluencia), se deberá aplicar tan sólo a deformaciones de tipo plástico y/o viscoso, distintas del swelling, que es un hinchamiento acompañado por el aumento de humedad y absorción de agua. Para realizar la predicción y valoración del fenómeno de fluencia (squeezing), suelen aplicarse criterios empíricos, basados en la experiencia. En general suelen utilizarse dos tipos de criterios, los basados en las clasificaciones geomecánicas, y los basados en la estimación de la resistencia a compresión del macizo rocoso.

A partir de una cierta deformación, el comportamiento de un material deja de ser elastoplástico, y pasa a ser elastoplástico-viscoso, entrando en juego las propiedades reológicas del material, con lo cual el fenómeno pasa a ser dependiente en el tiempo, teniendo una componente instantánea y otra progresiva.

Analizando el fenómeno del squeezing se podrían hacer una serie de observaciones:

  • Este comportamiento suele estar asociado a macizos rocosos con pobres propiedades de deformación y resistencia, provocando un importante incremento en las convergencias del túnel y desplazamientos en el frente.
  • Implica el agotamiento/plastificación en torno al túnel con un significativo aumento de la convergencia y los desplazamientos en el frente.
  • La estructura del macizo juega un papel determinante, incrementándose de modo significativo la deformación cuando resultan buzamientos paralelos al eje del túnel.
  • La distribución de la presión de poros y el nivel piezométrico influyen en el comportamiento tensodeformacional del macizo rocoso. Los drenajes causan una reducción del nivel piezométrico, ayudando a retrasar el desarrollo de las deformaciones en el terreno.
  • La fluencia en las rocas arcillosas no cementadas involucra la migración del agua que está dentro de los poros y el movimiento de las partículas de la arcilla. El incremento de la tensión aplicada provocará el cambio en la red de grietas a través del crecimiento de las antiguas y de la aparición de nuevas.

En función del nivel tensional al que se someta a la roca, el comportamiento de fluencia o squeezing presentará matices en su evolución en el tiempo pudiendo, en función de esto, establecer unas fases o categorías de fluencia conforme a lo ilustrado en las Figura 4.2.2.a.

El túnel base de San Gotardo: Solución proyectada

Figura 4.2.2.a: Definición de los niveles de fluencia según estado tensional y comportamientos asociados (Debernardi y Barla, 2008) para ensayos triaxiales con creep.

  • La fluencia “primaria” o “transitoria” está asociada a niveles tensionales relativamente bajos y conlleva una paulatina reducción de la velocidad de deformación. El comportamiento durante esta primera fase de fluencia se adapta a un modelo viscoelástico.
  • La fluencia “secundaria” o “estacionaria” es consecuencia la generación de estados tensionales más elevados que suponen velocidades de deformación constantes o sostenidas en el tiempo. Parte de la deformación que se desarrolla es irrecuperable por lo que el comportamiento que presenta la roca se corresponde con un estado viscoplástico.
  • La fluencia “terciaria” conlleva el colapso de la roca y deformaciones permanentes.

Estas fases, fácilmente observables en ensayos de tipo triaxial en rocas débiles, encuentran cierta correspondencia directa con el comportamiento exhibido por los macizos.

Resulta interesante asociar a lo anteriormente expuesto a la idea de que el fenómeno sólo se desarrolla, para una determinada litología/calidad, a partir de cierto umbral tensional. Esto puede ilustrarse mediante la Figura 4.2.2.b, que muestra la curva tensión-deformación a corto plazo de un ensayo triaxial.

El túnel base de San Gotardo: Solución proyectada

Figura 4.2.2.b: Curva tensión-deformación completa del ensayo de compresión triaxial a corto plazo (Goodman, 1980).

A corto plazo la roca puede presentar una cierta resistencia de pico superior a la resistencia a largo plazo. Teóricamente, para niveles tensionales inferiores al correspondiente al punto T , el comportamiento de la roca sería elástico e independiente del tiempo que se mantenga la carga. Para el nivel tensional de T , mantenido en el tiempo, la deformación aumenta con el tiempo hasta alcanzar la resistencia post-pico de la roca produciéndose la rotura para una resistencia correspondiente con el punto U; es decir , para una resistencia claramente inferior a la del corto plazo.

En definitiva, determinado tipo de macizos al verse sometidos a niveles tensionales de entidad pueden exhibir, a partir de cierto nivel tensional, un comportamiento propio de niveles de resistencia inferiores a los mostrados a corto plazo, desarrollando deformaciones que no quedan estabilizadas en el tiempo hasta alcanzar la rotura.

Dentro de los criterios empíricos de determinación del potencial de squeezing destacan:

  • CRITERIO DE SINGH: Este autor propuso (1992) un criterio empírico muy sencillo, basado en la recopilación de 3 casos de túneles ejecutados en India. En su criterio de predicción se basa en el empleo del valor de la cobertera del túnel y de la clasificación geomecánica Q de Barton.
El túnel base de San Gotardo: Solución proyectada

Figura 4.2.2.c: Criterio de Singh 1992.

  • CRITERIO DE GOEL: Este autor amplía y mejora el enfoque inicial de Singh, aplicando un criterio de squeezing basado en la obtención del Índice Q de Barton del macizo rocoso, establecido a partir de datos procedentes de 99 ejemplos de obras subterráneas en Escandinavia, Reino Unido e India. Goel considera tres grados de fluencia, que denomina ligero, moderado y severo. Las expresiones empíricas que predicen estos grados, requieren tan solo conocer la cobertera H, el ancho del túnel B y el índice Q: n Sin Fluencia H < 275 · Q · 0,33 · B – 0,1 n Fluencia Ligera 275 · Q · 0,33 · B – 0,1 < H < 450 · Q · 0,33 · B – 0,1 n Fluencia Moderada 450 · Q · 0,33 · B – 0,1 < H < 630 · Q · 0,33 · B – 0,1 n Fluencia Severa 630 · Q · 0,33 · B – 0,1 < H
El túnel base de San Gotardo: Solución proyectada

Figura 4.2.2.d: Criterio empírico de Goel para valoración de squeezing( Goel 1994)

  • CRITERIO DE BARLA: Este autor ha propuesto un criterio muy útil y sencillo de aplicar para la estimación de las condiciones de squeezing, que está basado en el cálculo del ratio:

El túnel base de San Gotardo

Donde el numerador representa la resistencia a compresión del macizo rocoso y el denominador el producto del peso específico de la roca suprayacente por la cobertera del terreno sobre el túnel. Para calcular la resistencia a compresión del macizo rocoso pueden emplearse diversas formulaciones empíricas. Barla no propone ninguna concreta en la formulación de su criterio. El resultado obtenido del cálculo del ratio predice las condiciones de fluencia (squeezing) de acuerdo a Los siguientes valores, expresados en la Tabla 4.2.2.I siguiente.

El túnel base de San Gotardo

  • CRITERIO DE HOEK Y MARINOS: Estos autores estiman el grado de squeezing mediante la obtención del ratio propuesto por Barla (1995):

El túnel base de San Gotardo
Siendo el numerador la resistencia a compresión simple del macizo rocoso y el denominador la tensión in situ. Además Hoek & Marinos proponen estimar estos dos parámetros de acuerdo a las siguientes expresiones:

El túnel base de San Gotardo

Donde:

  • Resistencia a compresión simple de la matriz rocosa
  • mi= constante del criterio de rotura de Hoek&Brown
  • GSI = Geological Strenght Index del macizo rocoso del túnel
  • Z= cobertera del túnel
  • γ= peso específico de la roca de la montera del túnel

A diferencia de Barla, este criterio propone una expresión para estimar la convergencia ε(%) generada en el túnel, como porcentaje del diámetro total del mismo:

El túnel base de San Gotardo: Solución proyectada

Este procentaje es el parámetro base empleado por estos autores para valorar el grado de squeezing, tal como se expresa en la Tabla 4.2.2.II,que se incluye a continuación.

Túneles similares en el mundo

A continuación se exponen una serie de túneles actuales, ya terminados o en fase de construcción y que tienen en común una serie de dificultades geotécnicas como:

  • Se atraviesan varios tramos de falla a lo largo del trazado
  • La calidad geotécnica de los tramos atravesados es muy variable con la dificultad que esto presenta a la hora de diseñar una máquina tuneladora
  • Altas coberteras
  • Posibilidad de convergencias elevadas
  • Presencia de agua y gas metano

Hay que destacar que en estos túneles se ha empleado al menos una tuneladora.

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