Impacto Geotécnico y Control de Asentamientos en Obras Subterráneas

Impacto de las Obras Subterráneas en el Entorno

Toda obra subterránea genera efectos inevitables en su entorno, los cuales deben ser gestionados para garantizar la estabilidad y seguridad del proyecto.

Afectaciones Principales

• Cambio en el estado tensional del terreno: Provocado por la alteración de esfuerzos naturales, sobreexcavación y deformaciones asociadas.
• Afectación hidrogeológica: Cambio en el régimen de aguas subterráneas al introducir una barrera física en el flujo natural.

Cálculo de Asentamientos y Pérdidas de Sección

Los movimientos del terreno se producen principalmente por la relajación del macizo al excavar, la sobreexcavación, la existencia de espacios vacíos sin rellenar y los cambios de esfuerzos en el sostenimiento.

Factores Determinantes

• Relajación del terreno: El terreno se desplaza hacia la excavación, fenómeno que ocurre tanto antes como después del paso del frente.
• Sobreexcavación: Se excava más allá de la sección teórica del túnel. Para reducir asentamientos, es vital rellenar estos espacios con mortero o concreto lanzado.
• Consolidación: Los cambios de esfuerzos generan movimientos secundarios inducidos por las deformaciones del sostenimiento.

Modelos de Predicción

• Modelo de Peck (1969): Estima la distribución de movimientos basándose en mediciones reales. La curva de asentamientos se ajusta a una distribución normal (función de Gauss).
• Punto de inflexión (i): Zona con mayor inclinación del terreno y mayor riesgo de daño en edificios. El ancho total de la cubeta de asentamiento se estima en 5i.
• Pérdida de volumen (Vs): Representa la pérdida de suelo alrededor del túnel. Calculada mediante modelos elastoplásticos de convergencia (Deere, 1969), aunque a menudo no considera el proceso constructivo, la profundidad o la estratigrafía.

Instrumentación y Auscultación de Túneles

El monitoreo geotécnico y estructural es esencial para garantizar la seguridad y estabilidad durante y después de la construcción. Utiliza sensores para medir deformaciones, presiones y movimientos del terreno (convergencia y asientos), permitiendo detectar comportamientos anómalos, gestionar riesgos y verificar el diseño.

Instrumentos Principales

• Extensómetros: Miden la deformación lineal y el movimiento del macizo rocoso.
• Inclinómetros: Miden movimientos horizontales a diferentes profundidades.
• Piezómetros: Miden la presión del agua.
• Células de carga: Miden la presión sobre el revestimiento.
• Estación total y nivelación de precisión: Controlan la convergencia interior y los asentamientos en superficie.

Objetivos del monitoreo: Seguridad (evitar daños), validación (contrastar el comportamiento real con las hipótesis del proyecto) y optimización (ajustar el sostenimiento y los tiempos de construcción).

Efectos Hidrogeológicos

La interacción con aguas subterráneas (freáticas) y superficiales es un factor crítico para la construcción y operación a largo plazo.

Impactos en el Medio Hidrológico

• Alteración del nivel freático: El túnel actúa como drenaje, provocando el descenso del nivel del agua, secado de pozos y manantiales, y alteración de ecosistemas.
• Filtraciones y erosión: La entrada de agua de lluvia o acuíferos causa acumulación de lodo, corrosión de estructuras y riesgos de seguridad.
• Erosión y falla estructural: En túneles hidráulicos, la velocidad del flujo y la turbulencia pueden erosionar paredes y piso, provocando fallas estructurales.
• Cambio en la calidad del agua: El agua puede disolver hidróxido de calcio del hormigón, aumentando su alcalinidad.

Gestión de Efectos

• Impermeabilización: Uso de inyecciones de cemento o resinas (pre e post-inyección).
• Sistemas de drenaje: Gestión eficiente de filtraciones y aguas pluviales.
• Estudios geológicos: Caracterización detallada de la roca (mapeo de fracturas, índice GSI) para anticipar la entrada de agua y asegurar la estabilidad.