Optimización de la instrumentación geotécnica en la construcción de túneles

En los últimos años, la construcción de túneles se ha visto bastante afectada por incidencias de carácter material cómo por ejemplo en el caso del Carmel (Barcelona), haciendo así que las medidas preventivas contra daños alrededor del área de construcción sean más estrictas. Gracias al avance de programas informáticos de cálculo y avances técnicos en instrumentación geotécnica, la prevención y control de estas obras es cada vez mejor. Los análisis numéricos, que nos permiten prever el comportamiento del terreno y en consecuencia de la obra en etapas futuras, son cada vez más precisos, aportando menor incertidumbre en el frente de excavación y áreas próximas a éste en superficie. Para ello, es necesario aportar información consistente a los modelos, algo que puede hacerse a través de análisis retrospectivos: a partir de medidas de campo durante la construcción del túnel se puede identificar los parámetros del modelo que mejor ajustan el cálculo a las medidas. Aparece entonces una cuestión clave: saber en qué parte del terreno a excavar es mejor desplegar la instrumentación geotécnica para obtener esos valores. El objetivo de éste trabajo es proporcionar una optimización de la instrumentación geotécnica a partir de mapas de sensibilidades de los diferentes movimientos del terreno respecto a los parámetros que son de interés en túneles como por ejemplo el coeficiente de empuje en el reposo, el ángulo de fricción interna del terreno (ϕ), la Cohesión (с), Módulos elásticos, etc. Obteniendo así la región más óptima para medir dichos parámetros, dentro de la geometría creada previamente. También se ha estudiado la sensibilidad de las medidas de presión de agua respecto a dichos parámetros. El programa de elementos finitos PLAXIS se ha usado para este estudio, con el modelo constitutivo “Hardening Soil Model”. Finalmente los mapas de sensibilidad de las medidas respecto a los diferentes parámetros se han generado con el software SURFER. De este modo obtenemos un mapa que nos muestra la zona óptima de medición para identificar mejor un determinado parámetro del modelo. A partir de los mapas de sensibilidad podemos planificar una mejor instrumentación en la obra, midiendo cada variable en la zona donde proporciona más información sobre los parámetros de nuestro modelo.During the last years, tunnel constructions have been affected by serious material incidents like ground or building failures (for example Carmel Tunnel, Barcelona) provoking a more strict control on the preventive measures to avoid any damage close to the excavation zone. Thanks to the development of computer programs and advances in geotechnical instrumentation, prevention and control of this type of works is continuously improving. Numerical analyses that allow us to predict soil behaviour and the evolution of works are nowadays quite precise, reducing uncertainties in the excavation front and in the area of influence. To do that, it is necessary to provide models with consistent information, a task that can be carried out by means of backanalysis: from field measurements during tunnel construction it is possible to identify model parameters that better match computations and measurements. A key aspect arises: where should we deploy geotechnical instrumentation to obtain much information and the best values of the parameters. The goal of this work is to provide a geotechnical monitoring optimization from sensitive maps of the different movements with respect to the parameters that are of interest in tunnels, as the earth pressure coefficient at rest, angle of internal friction (ϕ), Cohesion (с), Elastic Modulus, etc. obtaining the best area in the ground to measure those parameters, in the geometry that we have previously created. Sensitivity of water pressure measurements with respect those parameters has been studied as well. Finite Element code PLAXIS has been used in this work, including the “Hardening Soil Model· as constitutive law. Finally, sensitivity maps of measurements with respect to the parameters have been generated by using SURFER software. In this manner a map including the optimum zone for measuring is obtained, so a particular parameter could be better identified. From the sensitivity maps it is possible to plan a better instrumentation in a construction, measuring each variable in the zone where more information about the parameters of the model is provided