Aportaciones para la optimización de compatibilidad terreno excavado – dovela, en la construcción de túneles mediante tecnología TBM.

Abstract

La aparición de las tuneladoras TBM de Escudo supuso un importante avance en materia de excavación de túneles. Estos equipos son capaces de ir colocando el sostenimiento rígido de dovelas de hormigón a medida que se va avanzando a través del macizo rocoso, de modo que consiguen ahorros muy importantes en términos de dinero, tiempo y recursos humanos en comparación a cualquier otra tecnología de excavación disponible en el mercado. No obstante, es a raíz de su principal valor añadido – la colocación directa de las dovelas de hormigón – donde aparece su mayor limitación cuando se trabaja en túneles excavados a través de macizos rocosos poco competentes o de cierta inestabilidad, pues el terreno tendrá tendencia a fluir provocando un fenómeno conocido como squeezing ground. Ante dicha situación, las dovelas rígidas de hormigón no tienen capacidad para permitir una convergencia compatible del terreno, de modo que este genera una serie de sobrepresiones sobre el sostenimiento recién colocado inasumibles desde una perspectiva técnica o económica. Es por esto, que las tuneladoras TBM ven muy limitado su funcionamiento a la hora de trabajar en terrenos inestables o poco competentes. Durante los últimos años han ido apareciendo diferentes soluciones constructivas tratando de favorecer la compatibilidad de convergencias entre terreno excavado y dovelas en terrenos con riesgo de squeezing: soluciones basadas en la instalación de elementos compresibles en las juntas longitudinales de las dovelas, en la disposición de dovelas discontinuas que de forma alterna vayan permitiendo ciertas deformaciones de la roca, o bien en la inyección de materiales compresibles (generalmente morteros de hormigón) en el espacio anular que forman el terreno excavado y la dovela. Si bien esta última solución ha ofrecido resultados prometedores, los actuales morteros compresibles formados a partir de partículas de poliestireno expandido también presentan algunas limitaciones tanto de índole técnico – la diferencia tan amplia de densidades entre el poliestireno y el resto de materiales del mortero provoca graves problemas en la colocación del material, siendo muy difícil conseguir una inyección homogénea del mortero –, como también económico – el elevado precio del poliestireno supone encarecer considerablemente el costo total de la dosificación, y por ende, también el de la ejecución de la solución constructiva en su conjunto –. Es en este marco donde surge el reto científico de la presente Tesis Doctoral, que pretende desarrollar un nuevo material compresible para su inyección en el espacio anular formado por terreno y dovelas de hormigón. Dicho material, estará compuesto por caucho procedente de neumático fuera de uso (NFU) como elemento diferenciador para lograr la compresibilidad necesaria. Las propiedades elásticas del caucho, su mayor densidad respecto los elementos compresibles empleados hasta la fecha, y su carácter medioambiental, ofrecen un escenario prometedor de cara a lograr un material compresible que supere las limitaciones técnicas y económicas que han venido mostrando hasta la fecha los morteros compresibles desarrollados. Para la obtención de este nuevo material se ha empleado una metodología de trabajo fundamentada en el uso de dos herramientas principales: ensayos de laboratorio y modelización numérica de diferentes escenarios de excavación en terrenos con riesgo de fluencia. Mediante los ensayos de laboratorio, se han buscado en el mortero las propiedades y parámetros catalogados como deseables desde una perspectiva de colocación en obra y rendimiento una vez instalado. Fundamentalmente, se han seguido criterios de compresibilidad y bombeabilidad (capacidad de bombeo) en el material. Por lo que respecta a la modelización numérica, se ha buscado comprobar el comportamiento de cada una de las dosificaciones de mortero propuestas en la presente investigación una vez inyectadas en el espacio anular, verificando la capacidad de cada una de ellas para aliviar en las dovelas de hormigón las tensiones y sobrepresiones transmitidas por el terreno excavado. Finalmente, y como conclusión definitiva de la investigación, se ha podido comprobar como la dosificación que mejores resultados obtuvo en la campaña de laboratorio, evaluados estos desde una perspectiva multicriterio, resultó la misma que conseguía una mayor compatibilización de convergencias en los escenarios simulados en la modelización numérica, dando por concluida la investigación de forma satisfactoria.