Análisis de un túnel somero excavado en una roca meteorizada

Abstract

El presente trabajo aborda el diseño y análisis geotécnico de un túnel ferroviario somero de tres vías emplazado en un entorno montañoso complejo, donde la reducida cobertura del terreno y la interacción con depósitos coluviales presentan desafíos técnicos significativos. El objetivo principal consiste en: (i) evaluar la estabilidad del túnel, (ii) verificar la idoneidad de los elementos estructurales previstos frente a las condiciones geológicas y tensionales del sitio, y (iii) analizar la interacción terreno – estructura con el modelo constitutivo Mohr-Coulomb y el modelo constitutivo Drucker-Prager. Se realizó una caracterización detallada del terreno a partir de campañas de sondeos, ensayos in situ y de laboratorio, complementada con observaciones de frentes de excavación previamente ejecutados. Esta información permitió estimar los parámetros geomecánicos necesarios para definir modelos constitutivos representativos del comportamiento del terreno, utilizando los criterios de Mohr-Coulomb y Drucker-Prager. A través de simulaciones numéricas realizadas con el software CODE_BRIGHT, se analizó la influencia de la deformabilidad del macizo rocoso y se determinaron las trayectorias de tensiones durante toda la secuencia de excavación, para ambos modelos constitutivos, lo que posibilitó un análisis comparativo detallado de su desempeño y de la respuesta global del sistema túnel–terreno. Asimismo, se evaluaron distintas configuraciones de sostenimiento estructural en función del grado de relajación del terreno, empleando la opción Smooth Excavation (P5) incluida en CODE_BRIGHT para modelar la etapa de excavación con mayor realismo. Adicionalmente, se evaluó la influencia de la dilatancia mediante un análisis comparativo del comportamiento del terreno con y sin su consideración. Este estudio se planteó de forma hipotética, asumiendo un macizo constituido por arenas densas o por arcillas y limos muy compactos, dado que las campañas de sondeos y las observaciones de frente no evidencian la presencia de dichos materiales en el emplazamiento real. El objetivo fue analizar la sensibilidad del modelo numérico frente a este parámetro y explorar sus posibles efectos sobre la evolución de esfuerzos y deformaciones durante el proceso constructivo. Los resultados obtenidos permiten identificar los sectores más comprometidos en términos de estabilidad y proponen medidas de diseño orientadas a optimizar la seguridad estructural del túnel sin comprometer su funcionalidad operativa. El trabajo concluye con recomendaciones sobre los ensayos geotécnicos prioritarios para refinar la caracterización del terreno y reducir la incertidumbre en etapas posteriores del proyecto.