Tensión Excavaciones

Tensiones en torno a excavaciones

E.T.S.E.C.C.P.B. – U.P.C.

TENSIONES EN TORNO A EXCAVACIONES
INTRODUCCIÓN
A la hora de plantear la construcción de un túnel, necesitamos conocer el estado
de tensiones al que se encuentra sometido el terreno objeto de la excavación. Hemos de
tener en cuenta que la construcción de un túnel, modifica el estado de tensiones, de
manera que se genera undesequilibrio en el momento de abrir la excavación y que
dicho desequilibrio puede provocar que el terreno colapse entorno al túnel.
Necesitamos, por tanto, algún método o técnica que nos permita determinar a
qué tensiones se encuentra sometido el terreno.
En este capítulo estudiaremos las maneras de obtener dicho estado de tensiones
para, posteriormente, poder calcular-proyectar un tipo desostenimiento acorde con las
características de la litología que encontremos a lo largo de la traza del túnel.

ESTADO DE TENSIONES IN SITU
Para empezar, podemos plantear dos maneras de obtener el estado de tensiones
de forma sencilla:
I. Una primera hipótesis sería asumir que la deformación lateral es nula. Si
asumimos que no existe deformación en el plano perpendicular al eje de
gravedad setiene que:

εx =εy = 0

(1)

Esto nos conduce a que las tensiones σ x , σ y las podamos hallar a partir de σ z :

σ x = σ y = K 0σ z
siendo
K0 =

υ
1−υ

(2)
(3)

y donde υ ∈ [0.2 − 0.3]
pero, lamentablemente, esta hipótesis no da muy buen resultado.
II. Por otro lado, podemos establecer una segunda hipótesis: podemos asumir
recubrimientos muy fuertes (debido al confinamiento)que conducen a estados
de tensiones hidrostáticos en los que no se admiten tensiones tangenciales:

σ x =σ y =σ z

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Esta hipótesis se afianza a medida que aumenta la profundidad. Pero, la mayoría
de los túneles que se proyectan y llevan a cabo se sitúan enprofundidades
inferiores a 500 m.
Luego, ninguna de las dos hipótesis expuestas se ajusta a la realidad. En
consecuencia, la manera que tendremos de obtener el estado de tensiones será a partir de
medidas realizadas “in situ” con las diferentes técnicas conocidas.
Dicho razonamiento se refuerza a partir de distintos estudios de entre los que cabe
destacar la aportación realizada por el Dr. EvertHoek. Hoek reunió información
correspondiente a estados de tensiones obtenidos para túneles en roca de proyectos de
distinta índole realizados a escala global, e intentó hallar una relación entre dichos
estados y la profundidad a la que se encontraba la excavación. Los resultados que
obtuvo fueron los siguientes (ver Fig. 1 y 2):

Fig. 1. Variación de K con la profundidad (Hoek & Brown)Ingeniería Geológica. Excavaciones Subterráneas

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Fig. 2. Tensión vertical frente a profundidad (Hoek & Brown)

De la observación de la Fig. 1 podemos deducir que el grado de incertidumbre
que existe a la hora de determinar el coeficiente K (que nos permite hallar σH a partir de
σZ) es notablemente mayor en zonas someras (<500 m) que en zonas profundas. En las
primeras, K puede oscilar desde algo menos de la unidad hasta 3 o 3.5 veces (hecho que
sorprende para rocas). No se puede decir, por tanto, que siga un criterio definido.
Consecuentemente, los valores de las tensiones pueden ser significativamente
diferentes.
Por otro lado, dicha figura ratifica el hecho de que al incrementarse la
profundidad el rango devalores que puede adquirir K se estrecha reduciéndose a valores
que se mueven entre 0.5 y 1. (estado de tensiones hidrostático).
De la Fig. 2 se desprende la idea de que existe una cierta correlación entre
profundidad y tensión vertical:

σz ≈γ ⋅ z

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siendo γ =...