Simulación numérica del cruce de túneles

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Análisis FLAC3D para la simulación numérica del cruce del túnel de Brión sobre el actual túnel de La Graña (Ferrol, A Coruña)

Modelo FLAC3D. Disposición de módulos de hormigonado en túnel de La Graña.

Modelo FLAC3D. Disposición de módulos de hormigonado en túnel de La Graña.

Presentamos en el este artículo una metodología específica para la estimación de las posibles afecciones que la excavación de un nuevo túnel mediante métodos convencionales tipo NATM, como es el caso del túnel de Brión, pudiera tener sobre un túnel ubicado en sus inmediaciones (Túnel de La Graña), por la proximidad a la que se sitúan ambas estructuras, ubicadas en un macizo de rocas graníticas sanas, ‘Granodioritas de El Ferrol (GR)’.

El análisis se realizará mediante software de diferencias finitas FLAC3D; de esta manera es posible determinar, con un elevado grado de detalle, los principales efectos tensodeformacionales inducidos sobre el revestimiento del túnel existente por el desconfinamiento del terreno que genera la apertura de la nueva cavidad. Asimismo, la solución planteada incluye una serie de medidas preventivas con objeto de minimizar impactos.

Encuadre geológico del trazado en planta del túnel de Brión.
Encuadre geológico del trazado en planta del túnel de Brión.

Entre las distintas alternativas de trazado estudiadas para posibilitar el paso de los trenes de mercancías al Puerto Exterior de Ferrol, se selecciona como solución más viable la denominada ‘Solución Sur’, la cual, cruzando en viaducto la ría de Ferrol y partiendo del Muelle Fernández Ladreda (Puerto Interior), atraviesa mediante un túnel el macizo granítico situado bajo el municipio de Brión, hasta su salida en el cabo Prioriño, junto al Puerto Exterior.

En este contexto se gesta el Túnel de Brión; túnel de geometría en herradura, con radio interior en bóveda superior R=4,14 m, profundidad máxima de rasante de 224 m y longitud de túnel en mina 5.575 m (PK 0+763 a PK 6+338). La sección libre interior es de 48,3 m2.

Sección tipo del túnel de Brión.
Sección tipo del túnel de Brión.

En este artículo se presenta una metodología específica para la estimación, mediante modelización numérica FLAC3D, de las posibles afecciones que la excavación del túnel de Brión, ejecutado mediante métodos convencionales tipo NATM, pudiera tener sobre un antiguo túnel ubicado en la zona (túnel de La Graña), por la proximidad a la que se produce el cruce esviado entre ambas estructuras. El objetivo del presente análisis radica en asegurar que la excavación y sostenimiento del nuevo túnel no induce afecciones significativas sobre el revestimiento del existente.

Perfil Geotécnico túnel de Brión. Zona emboquille Este
Perfil Geotécnico túnel de Brión. Zona emboquille Este

Metodología de diseño

1338063El análisis del cruce de los túneles realizado por Prointec se apoya en un modelo numérico en diferencias finitas FLAC3D, una de las herramientas más sofisticadas y precisas del mercado para el estudio de este tipo de situaciones de diseño. Por ello, mediante la simulación numérica del conjunto de procesos constructivos implementados en el interior del túnel de Brión, es posible conocer la respuesta deformacional del terreno en las inmediaciones de la perforación y en definitiva, estimar las principales afecciones sobre el revestimiento del túnel existente: (a) variaciones tensionales, (b) deformaciones impuestas y/o (c) apertura de juntas constructivas.

1338078El análisis del estado tensional del revestimiento del túnel de La Graña se establecerá en base al tensor de tensiones principales en cada punto (mínimas-s1-compresiones y máximas-s3-tracciones, según criterio FLAC3D), del tal forma que si las tensiones principales no superan los máximos admisibles se garantiza un comportamiento elástico y lineal, sin posibilidad de plastificación ni rotura. Aunque este criterio de diseño resulta conservador, pues no permite la redistribución de esfuerzos por la formación de rótulas plásticas, parece aceptable.