Existe numerosa bibliografía acerca del método belga de excavación de túneles y la experiencia en su utilización. A modo de resumen podemos decir que se trata de un método en que se avanza en pequeños pases que a su vez constan de varias fases: se parte de una pequeña excavación en mina en la zona central superior. Dicha excavación se sostiene con maderos transversales, apoyados en vigas metálicas longitudinales («longarinas»), apoyadas a su vez en puntales de madera. A continuación, secuencialmente, se va extendiendo la excavación central hacia los laterales, con el mismo sistema de sostenimiento, hasta formar la bóveda. Seguido se procede a colocar el encofrado y hormigonar. Algunos pases más atrás se excava la parte inferior («destroza») y los hastiales por segmentos para acto seguido ser hormigonados. Por último, se excava y hormigona la solera.
Los pequeños avances de este método lo hacen adecuado para terrenos menos competentes reduciendo la afección a superficie. La longitud de esos avances, la geometría y distancia entre avance y destroza son función del tipo de terreno y la cercanía de estructuras que puedan verse afectadas por la excavación.
En la siguiente imagen tomada de la web de la Comunidad de Madrid se puede apreciar el proceso constructivo:
Con todo lo expuesto queda en evidencia la dificultad en la modelización de este método con PLAXIS 3D. Los principales retos a los que hay que hacer frente son:
- Geometría compleja: Los contornos de la bóveda están compuestos de varios arcos de circunferencias unidos, además el exterior y el interior son diferentes. Esto sumado a la geometría de longarinas y puntales da lugar a numerosas intersecciones, superficies y volúmenes complejos. Esto puede ser difícil de gestionar, incluso empleando el asistente de túneles del propio PLAXIS 3D. A esto, si fuese necesario, hay que añadir elementos auxiliares como, por ejemplo, dummy plates embebidos en los sólidos de hormigón para facilitar la interpretación de resultados.
- Proceso constructivo: Cada pase constructivo implica a su vez una secuencia de fases de excavación de la bóveda, colocación de maderos, longarina y puntales, a la vez que se excava la destroza. Esto implica que un modelo con 40 pases puede llegar a más de 300 fases en PLAXIS. Generarlas a mano, activando, desactivando y cambiando materiales según corresponda es un trabajo ímprobo y facilita la aparición de error humano.
- Rediseños y variantes: Es muy común que el primer modelo que se desarrolla no sea el definitivo. El análisis de los resultados del modelo puede llevar a cambiar aspectos del mismo, como por ejemplo reducir las distancias del pase ya sea en todo el modelo o solo en ciertas zonas. Esto implica otra cantidad inmensa de trabajo cada vez que sea necesario un cambio, y como siempre, facilitando la aparición del error humano.
Para sobreponerse a estas complicaciones en Revellín Consultoría hemos desarrollado un script Python que automatice la creación del modelo:
Parametrización de la geometría: La sección, con todos sus elementos, incluidos las dummy plates, pueden definirse a partir de un mínimo de variables geométricas, normalmente las mismas con las que luego se define la sección en los planos. Las dos ventajas principales de este método son:
- Precisión: Todos los puntos que definen la geometría están calculados internamente a partir de los inputs, siendo variables dentro del script Python, por tanto, con todos sus posibles decimales y evitando problemas de tolerancias y conexiones adecuadas que son comunes en este tipo de geometrías complejas
- Capacidad de actualización: en caso de que durante el diseño se requieran cambios geométricos estos se pueden implantar de manera directa, actualizando celdas de una tabla Excel. A continuación, será el script el que generará de nuevo, rápidamente, el modelo completo.
Automatización del proceso constructivo: se trata de un ciclo que se repite tantas veces como el ingeniero requiera. La decisión de hacer un modelo de mayor o menor longitud responderá únicamente a cuestiones técnicas para representar correctamente afecciones a otras estructuras, o por cuestiones de tiempo de cálculo. De manera fácil se pueden alternar distintas longitudes de pase.
Una vez se tengan los resultados, y en base a ellos, se puede lanzar una nueva variante con distinta geometría, posición, inclinación o longitudes de pase nada más que con modificar una hoja Excel.
Además, todo el proceso de creación del modelo se puede dejar en segundo plano mientras el ingeniero dedica su tiempo a otras cuestiones.
Completar el Excel de inputs resulta sencillo: solo se requiere el archivo Excel de materiales, a modo de base de datos, que se emplea en todos nuestros I+D+i y rellenar la tabla de geometría y proceso constructivo que requiere los parámetros típicos con los que se define la sección en los planos.
El método belga, como todos los métodos de excavación de túneles, no es un procedimiento estricto que se lleva a cabo de forma idéntica siempre. En cada caso hay que adaptarlo a la realidad geológica y operativa del proyecto. De la misma manera, el script que hemos desarrollado sirve como base que permite una rápida adaptación, en el caso de que sea necesario, a las particularidades de la excavación que toque modelizar.
Contacte con nosotros y estudiaremos sin compromiso como aplicar estos procedimientos a sus proyectos de túneles.
Nota: el archivo PLAXIS 3D procede de uno de los contratos de Operador de PLAXIS 3D suscritos por Revellín Consultoría en el que se operó con la licencia de software del cliente. Las imágenes se han obtenido posteriormente con la herramienta gratuita PLAXIS OUTPUT VIEWER. Todas las imagenes tienen la escala distorsionada.
Nota: El esquema mostrado en la primera imagen se obtenido de la web de la Comunidad de Madrid: https://www.comunidad.madrid/servicios/transporte/prolongacion-linea-1-tramo-portazgo-miguel-hernandez