Análisis en la ejecución de cámaras mediante estructuras de contención flexible para estaciones de metro

En diferentes países y a lo largo de este último siglo, se han llevado a cabo numerosos estudios y análisis con el objeto de analizar las deformaciones que sufre el terreno al amparo de una excavación, cuyas principales conclusiones han estado enfocadas en estimar el orden de magnitud de los máximos desplazamientos, tanto horizontales como verticales, experimentados por el terreno y la estructura, así como también, la influencia que han podido tener sobre las edificaciones adyacentes. En la actualidad, se emplean diferentes métodos de cálculo para estimar los movimientos de las estructuras que soportan los muros de una excavación, siendo los programas de cálculo basados en modelos de muelles y de elementos finitos los de mayor uso. La contrastación de las hipótesis planteadas durante la fase de Diseño para el cálculo de los movimientos, con los valores reales producidos durante la ejecución de una obra, ha venido a ser posible con la implementación de planes de auscultación y control de movimientos mediante inclinometría introducida en las estructuras o en el propio terreno. Dentro de las interrogantes planteadas al momento de contrarrestar los resultados obtenidos de las lecturas efectuadas en terreno a través de los inclinómetros y las hipótesis planteadas durante la fase de Proyecto, una de las más importantes la constituye el grado de confianza de los parámetros geotécnicos empleados en la modelación numérica o cálculo. Otra de las interrogantes también planteadas en la fase de diseño, es como se ven afectados los movimientos debido a diferentes procesos constructivos, como a la altura máxima de excavación es posible dejar y qué relación existe con los parámetros geotécnicos de los diferentes terrenos. De esta manera, y de acuerdo a todo lo expuesto anteriormente, la presente Tesis Doctoral ha planteado como objetivo principal el establecer una comparativa desde un punto de vista de criterios y parámetros de diseño para diferentes métodos constructivos, del tipo cut and cover y ascendentedescendente al abrigo de estructuras de contención flexible, para la construcción de estaciones de Metro mediante pantallas en suelos de Madrid. La comparativa, además incluye un análisis cualitativo y cuantitativo en un primer orden de cara a tener en cuenta en estudios más desarrollados. Para ello, en primer lugar se ha efectuado una revisión bibliográfica que ha permitido analizar aspectos generales del diseño de estructuras de contención flexibles estudiando los principales modelos de cálculo que existen y empleados para la diseño de pantallas. Esto ha permitido conformar un capítulo completo relacionado con el estado del arte. Una vez conocidos los aspectos relevantes del diseño de pantallas, se define una hipotética estación de metro con dos secciones tipo. Se ha efectuado un primer análisis con dos programas de cálculo y un método clásico de equilibrio límite, para estudiar cómo se ven afectados al variar la altura de excavación los parámetros principales de esfuerzos y movimientos que arrojan los cálculos en una sección tipo integrada en una estación tipo de Metro. Este análisis previo ha permitido establecer una metodología a ser empleada posteriormente, en cuatro métodos constructivos para otra sección de la misma estación tipo de Metro planteada. Para el primer análisis, los modelos considerados son pantalla con un apoyo en cabeza y dentro de tres escenarios geotécnicos con sus respectivos parámetros. Además se valora y estudia la influencia de la rigidez a flexión de la estructura de contención. En este primer análisis se establecen unas correlaciones de pre dimensionamiento para cuantificar en un primer orden de magnitud una pre valoración de una pantalla con un solo apoyo. Para el segundo análisis la metodología empleada durante las simulaciones numéricas ha sido aplicadas a cuatro procesos constructivos, basados en el método cut and cover y ascendentedescendente, para la construcción de una estación tipo de Metro de Madrid. El análisis se ha efectuado para tres escenarios geotécnicos con sus respectivos parámetros y analizando la influencia de hasta cinco rigideces a flexión de la estructura de contención. A partir de los modelos de cálculo y las simulaciones numéricas, se ha podido efectuar la predicción del comportamiento de las pantallas, evaluando esfuerzos y deformaciones. Los modelos numéricos se han desarrollado con los programas de cálculo RIDO Vs. 4.2 y PLAXIS 2D ‐ Vs. 8.6 para cada procedimiento constructivo. Con la comparativa desarrollada pueden establecerse unos criterios y conclusiones de cara a valorar que procedimiento constructivo es más aplicable a cada tipo de terreno, es decir, terrenos más cohesivos y terrenos menos cohesivos. En las simulaciones numéricas se han seguido los parámetros mecánicos del terreno recomendados por los profesores Oteo y R. Ortiz para las distintas obras del Metro de Madrid, llegando a establecer en función del modelo empleado durante la etapa de Proyecto, criterios de cálculo para el diseño de pantallas continuas en los suelos de Madrid. Es importante mencionar que la presente investigación sólo ha abordado el estudio de los muros pantalla empleados en la construcción de obras subterráneas para estaciones de Metro, a partir de la cual se han podido concluir ciertas recomendaciones y parámetros de diseño válidos únicamente para los terrenos de Madrid y sus condiciones hidrogeológicas. No obstante, estudios que consideren una metodología semejante a la empleada para responder a objetivos similares a los planteados en esta Tesis, pueden ser perfectamente aplicadas dichas recomendaciones a suelos diferentes a los considerados en esta investigación así como a estructuras subterráneas diferentes de estaciones de Metro, como por ejemplo estacionamientos subterráneos, intercambiadores modales de transporte, ente otros. ABSTRACT During last century in some different countries, it has been developed some studies and analysis in which the principal objetives were to analyse the deformation in soils near and intro the retaining wall systems. The main conclusion has been developed to study the maximum vertical and horizontal displacements in the soil and the structures, including the displacements under the buildings and another structures. At current, some many methods are used to calculate and to estimate displacements in the retaining walls. The principal programs are based in Winkler´s model but the Finite Elements Models (F.E.M) are the main. After the designing phases to calculate every displacements, it is necessary to check during construction phases the hypothesis´s designing. These checkings in construction phases have been possible with the Monitoring Plans Systems based on inclinometers embedded in the walls or in the soil. Among the most relevant aspects in the comparison of the results obtained experimentally with inclinometers and the hypothesis stated during the Project stage is the degree of certainty of the geotechnical parameters used in the numerical simulations or calculus. Another relevant aspects studied in designing phases are what is the best construction process and what is the wall´s maximum height between support levels. Besides it is necessary to study the displacements associate. These aspects are related with geotechnical parameters used in numerical models or calculus. Therefore, and according to all the expressed above, on the one hand the main objective of the Doctoral Thesis exposed is to define designing criteria and parameters for the construction of different retaining walls systems built by cut and cover method and top and bottom method in Madrid´s soil, on the other hand which are the better construction method and which are the better numerical system model to predict the behaviour of the walls and the displacements of the soil near the walls . The comparative study may be a first stage to develop other particular or singular studies For that purpose, in the first place, an extensive documentation research allowed to analyse the general aspects in the design of flexible retaining structures, studying the fundamental calculation models that exist and are used for the construction of reinforced concrete diaphragms walls. This enabled to complete a chapter on the State of the Art. Once the relevant aspects of the design of wall diaphragms is known, it is defined a hypothetical Subways Station with two different diaphragm wall sections. Two numerical simulations was performed with two Software and equilibrium limit simulation was also done. With these simulations was studied stress and displacement parameters in relation to the maximum excavation height in cross section of subway´s station. This first analysis has stablished a methodology to check and to use it in other cross section of the same subways station for four different construction methods. For the first analysis, the modelling considered was a retaining wall with a buttress at the top simulated in three geotechnical sections with its geotechnical parameters. Besides, the stiffness of the wall and its influence in the construction methods is studied. The first analysis has stablished some correlations and criteria for a first designing of wall with only one buttres at the top. For the second analysis, it is considered the first methodology used in four different construction method basis on cut and cover methodology and top and down methodology. This analysis is simulated in three geotechnical cross section with its geotechnical parameters. Besides it is analyzed five different inertial wall sections. In a first stage with numerical methods, it has been possible to predict the behaviour of the wall; stresses, displacements and deformations. Thus the calculations have been simulated with RIDO Vs 4.2 and PLAXIS 2D Vs8.6 programs for every four construction methods. Some criteria and conclusions can be considered to stablish which is the best construction method for each geotechnical cross section, in conclusion for cohesive soils and no cohesive soils. The comparison between the numerical simulations was made with the geotechnical parameters of the soil recommended by Oteo & R. Ortiz for the different facilities of the Madrid Underground, and establish as a function of the model used during the Project stage calculus criterion for the design of continuum diaphragm walls in the soils of Madrid It is very important to comment that this Thesis Dissertation has only broached the concrete diaphragms walls research for underground subways stations, in which have been possible to stablish some criteria and designing parameters only for soils of Madrid and its hydrogeological conditions. However, similar methodology research can be developed to respond similar objetives in this Thesis Dissertation in different soils and moreover for different applications such as underground parkings, underground transport stations and similar underground structures