Pese a que el proceso de avance de un túnel con el método NATM es un problema claramente tridimensional por el efecto del frente de excavación, muchas veces por cuestiones operativas es necesario el uso de modelos 2D durante la fase de diseño.
Los modelos del tipo deformación plana no pueden tener en consideración el efecto del frente directamente por lo que este debe ser simulado a través de procedimientos simplificados auxiliares. Existe numerosa bibliografía acerca de estos procedimientos, en este texto vamos a centrarnos en una de las posibilidades que ofrece PLAXIS 2D: el uso de porcentaje (%) de relajación del terreno en una fase previa a la activación de sostenimientos.
Para la obtención de este coeficiente y su aplicación en el modelo PLAXIS 2D que incluye el proceso constructivo completo, previamente se requieren dos modelos auxiliares:
- Modelo para la obtención de la curva LDP (Longitudinal Deformation Profile). Esta curva relaciona el desplazamiento radial de un punto en el contorno de la excavación con la distancia al frente. Idealmente se usaría un modelo 3D, pero por cuestiones operativas en ocasiones no es posible y se recurre a modelos 2D axil-simétricos. Siempre que se haga uso de estos últimos el ingeniero debe ser consciente de las simplificaciones que implica.
- Modelo para la obtención de la curva GRC (Ground Reaction Curve). Esta curva relaciona el desplazamiento radial de un punto del contorno de la excavación con, en este caso concreto, el porcentaje de relajación. En otros casos puede ser la presión interna (Pi). Se emplea el mismo modelo deformación plana con el que se estudia el proceso constructivo generando una fase auxiliar donde se produce la excavación sin ningún tipo de sostenimiento. En PLAXIS 2D el parámetro MStage se asocia directamente con el porcentaje de relajación.
Finalmente, para una determinada distancia al frente podemos saber el desplazamiento radial del contorno con la curva LDP. Con dicho desplazamiento entramos a la curva GRC y se obtiene su correspondiente MStage (PLAXIS) o porcentaje de relajación. Este último se aplicará en el modelo del proceso constructivo, en la fase previa a la ejecución de un sostenimiento, ya sea a través del propio MStage de la fase o del parámetro (1-β) de las geometrías excavadas.
El desarrollo del modelo axil-simétrico para la obtención de la curva LDP es un proceso relativamente sencillo, que puede llegar a ser repetitivo en caso de representar los pases de excavación y un sostenimiento evolutivo. Por ello en Revellín Consultoría hemos desarrollado un script con lenguaje de programación Python que automatiza la generación de n modelos, la extracción de tablas de resultados a Excel y el dibujo de las gráficas para los mismos.
Solo se requiere un archivo Excel de definición de materiales (como los empleados en otros proyectos) a modo de base de datos y otro archivo Excel donde, en una única tabla, se pueden definir tantos modelos como el ingeniero requiera. La definición de cada modelo incluye:
- Las tensiones iniciales del terreno.
- El material del terreno, que se considera isótropo y homogéneo.
- Las características del túnel: radio equivalente, longitud del pase y número de pases a representar.
- La posibilidad de incluir un sostenimiento evolutivo y el numero de pases libres hasta su ejecución.
Más allá de la rapidez y consistencia en la generación de modelos y obtención de resultados, es clave la posibilidad de lanzar tantas variantes como sean necesarias para poder realizar los habituales análisis de sensibilidad. El uso de modelos axil-simétricos implica, normalmente, importantes simplificaciones en cuanto a geometrías o terreno, por lo que comprender la influencia de los distintos parámetros en la curva LDP final es clave para luego aplicar el criterio ingenieril a la hora de seleccionar la curva más representativa.
En resumen, esta herramienta acelera la rutina de modelización y cálculo de modelos axil-simétricos, aportando rapidez, consistencia y organización en la salida de resultados. Esto permite al ingeniero llevar a cabo todas las variantes y los análisis de sensibilidad que considere necesarios para entender mejor el funcionamiento del túnel y tomar las decisiones más adecuadas para el diseño.
Al tratarse de un desarrollo propio, el script es fácilmente adaptable a las necesidades de cada cliente. Contacte con nosotros y estudiaremos sin compromiso como puede aplicarse este procedimiento a sus proyectos de túneles.