Interacción hidromecánica en un macizo rocoso alrededor de un túnel

Abstract

El vínculo entre las propiedades mecánicas y de flujo de un macizo rocoso, en relación con la construcción de un túnel circular, es evaluado mediante diferentes modelos numéricos hipotéticos. Para tal fin, se utilizó principalmente el programa de elementos finitos Plaxis 2D®. Con base en estas simulaciones se realizó un análisis comparativo que da cuenta de la influencia de los siguientes aspectos en la estabilidad del túnel y en los cambios del flujo debidos a su construcción: modelo estructural, coeficiente de presión lateral, coeficiente de Biot, separación y apertura de las discontinuidades, condición de saturación, cobertura y diámetro del túnel. Los parámetros de evaluación fueron: deformación máxima alrededor del túnel, subsidencia, esfuerzo desviador, caudal de infiltración y factor de seguridad. Se encontró que el parámetro de presión lateral modifica de manera significativa la distribución y concentración de esfuerzos alrededor del túnel; el coeficiente de Biot afecta directamente al valor de los esfuerzos efectivos, por lo que no debe subestimarse y las deformaciones alrededor del túnel, la subsidencia y los esfuerzos desviadores son menores en los modelos homogéneos en relación con los modelos anisotrópicos. Consecuentemente, los factores de seguridad son mayores en los modelos homogéneos. Respecto al caudal de infiltración, se observa un claro incremento en su valor con el aumento de la apertura de las discontinuidades y el número de intersecciones con el túnel. Por lo anterior, a pesar de las dificultades que pueden presentarse en la obtención de información, se hace el llamado a caracterizar adecuadamente los macizos rocosos en las simulaciones numéricas, en orden de realizar diseños más útiles y realistas. (Texto tomado de la fuente).

The link between the mechanical and flow properties of a rock mass regarding the construction of a circular tunnel is assessed by means of different hypothetical numerical models. For this purpose, the finite element program Plaxis 2D® was mainly used. Based on these simulations, a comparative analysis was carried out to analyze the influence of the following aspects on the tunnel stability and flow changes due to its construction: structural model, lateral pressure coefficient, Biot coefficient, discontinuity separation and opening, saturation condition, overburden and tunnel diameter. The evaluation parameters were: maximum deformation around the tunnel, subsidence, deviatoric stress, seepage discharge, and safety factor. It was found that the lateral pressure parameter significantly modifies the distribution and concentration of stresses around the tunnel; the Biot coefficient directly affects the value of the effective stresses, and therefore should not be underestimated; and the deformations around the tunnel, subsidence, and deviatoric stresses are lower in the homogeneous models in relation to the anisotropic models. Consequently, the safety factors are higher in the homogeneous models. Regarding the seepage discharge, a significant increment in its value is observed with the increase in the discontinuities opening and the number of intersections with the tunnel. Therefore, despite the difficulties that may arise in obtaining information, a call is made to adequately characterize the rock masses in numerical simulations, in order to obtain more useful and realistic designs.