Análisis de un modelo tridimensional tenso-deformacional de excavaciones subterráneas en roca con empleo de mallas de elementos de contorno y una calibración instrumental con fines de retroalimentación

Abstract

La investigación se basa en el análisis tridimensional tenso-deformacional de una excavación subterránea correspondiente al sistema FOSO – Túnel realizada por el Metro Los Teques, obra diseñada para solucionar problemas causados por el crecimiento demográfico. La excavación del foso y el túnel se realiza en roca metamórfica de la Litodemia Las Mercedes, constituida por esquistos calcáreos. Las deformaciones medidas en campo por convergencias en el foso y túnel, permiten la calibración del modelo a partir de una retroalimentación de parámetros factibles de diseño de la roca, especialmente su módulo elástico E, variándolo en un rango valedero hasta obtener deformaciones teóricas muy similares a las medidas por el monitoreo instrumental. El análisis es realizado a través de mallas de elementos de contorno, utilizando el programa computacional Examine3D. Debido a que el confinamiento de la roca no es tomado en cuenta por el programa, es necesario involucrar en los parámetros de diseño el acero y concreto. Por ello se definieron modelos incrementándose el valor de E a partir de 25.000MPa. Las deformaciones arrojadas por cada modelo fueron comparadas con la data de campo, verificando que para el modelo cuyo E = 250.000 MPa existe mayor coincidencia entre ambas datas. Así, se obtienen desplazamientos en campo de 9.5mm (eje mayor) coincidiendo con los del modelo (10mm), en el eje menor 13mm y para el modelo 15mm; la clave del túnel reporta valores de 5mm, coincidiendo exactamente. Los esfuerzos son elevados debido al alto confinamiento de la roca, siendo en su mayoría a compresión (σ1 = 80MPa) y a tracción en la unión del foso y túnel. Sin embargo, es recomendable la verificación de estos resultados mediante la utilización de otros programas computacionales y ensayos de laboratorio que corroboren la factibilidad de obtener valores de E tan elevados. De esta manera, se evidencia la necesidad de soportar modelos numéricos con valores físicos, medidos en campo, validando su certeza y prediciendo el comportamiento de las excavaciones de geometrías complejas.