Efecto de la distribución espacial de las discontinuidades sobre los movimientos de túneles en macizo rocoso

Abstract

En este proyecto se estudia la influencia que tiene algunos de los tipos de discontinuidades presentes en los macizos rocosos sobre los movimientos en el entorno de las excavaciones profundas como son los túneles. Estas discontinuidades son planos de debilidad que generan frente a las cargas aplicadas unos desplazamientos en unas u otras direcciones. La resistencia al deslizamiento de estos planos de debilidad depende, entre otros factores, de las características geomecánicas, geometría del túnel, estado de las superficies de discontinuidad, orientación de las grietas, etc. El objetivo principal es el análisis de los movimientos en el entorno del túnel como consecuencia de la red de familias de diaclasas presentes en un macizo rocoso, la geometría del túnel y los estados de carga. Este análisis se realizará en condiciones de túnel profundo bajo condiciones isotrópicas, es decir, las cargas que se apliquen se mantienen constantes en todas las direcciones, además de estados de carga anisótropos, donde la relación entre la tensión horizontal y vertical sea mayor de 1. Entre los distintos tipos de familias de diaclasas a estudiar se encuentran el de red de juntas o diaclasas paralelas, juntas conjugadas o perpendiculares entre sí y la red de juntas que dibujan un mosaico o polígonos convexos no superpuestos tipo Voronoi. Para modelizar el comportamiento del entorno del túnel bajo las distintas tipologías de discontinuidades antes señaladas, se empleará el programa de Elementos Finitos Rocscience, en concreto la herramienta “RS2”. Teniendo en cuenta, los parámetros de resistencia de las distintas familias de discontinuidades y criterios de rotura como la de Mohr Coulomb, se podrá medir con el software Rocscience los movimientos generados por la excavación del túnel profundo a lo largo de los planos de debilidad. Con la aplicación de estos modelos de juntas o diaclasas y para distintas geometrías de túnel se determinará la deformada del contorno del túnel, los puntos críticos o de máximo desplazamiento, así como las posibles zonas de rotura en el entorno del túnel. Mediante dispositivos como el escáner de laser 2D o 3D se podrá conocer la deformada del contorno del túnel, así como la orientación de las distintas familias de discontinuidades. En un estudio posterior o a futuro se podrá comparar los resultados obtenidos del escáner de laser con los cálculos realizados por los modelos de juntas y geometría de túnel bajo las condiciones impuestas en este estudio.

This project studies the influence of the different types of discontinuities present in rock masses on movements in the environment of deep excavations such as tunnels. These discontinuities are planes of weakness that generate displacements in one direction or the other when faced with applied loads. The slip resistance of these planes of weakness depends, among other factors, on the geomechanical characteristics, geometry of the tunnel, state of the discontinuity surfaces, etc. The main objective is the analysis of the movements in the tunnel environment as a consequence of the network of joint families present in a rock mass, the geometry of the tunnel and the load states. This analysis will be carried out in deep tunnel conditions under isotropic conditions, that is, the applied loads remain constant in all directions, in addition to anisotropic load states, where the ratio between horizontal and vertical stress is greater than 1. Among the different types of joint families to be studied are the network of joints or parallel joints, joints conjugate or perpendicular to each other, and the network of joints that draw a mosaic or Voronoi-type nonoverlapping convex polygons. To model the behavior of the tunnel environment under the different types of discontinuities mentioned above, the Rocscience Finite Element program will be used, specifically the "RS2" tool. Considering the resistance parameters of the different families of discontinuities, it will be possible to measure with the Rocscience software the movements generated by the excavation of the deep tunnel along the planes of weakness. With the application of these models of joints or joints and for different tunnel geometries, the deformed contour of the tunnel, the critical or maximum displacement points, as well as the possible break zones in the tunnel environment will be determined. By means of devices such as the 2D or 3D laser scanner, it will be possible to know the deformed contour of the tunnel, as well as the orientation of the different families of discontinuities. In a subsequent or future study, it will be possible to compare the results obtained from the scanner with the calculations made by the models of joints and tunnel geometry under the conditions imposed in this master's thesis.