Modelado analítico y numérico de filtraciones de agua en túneles - Reyes Rojas Javier Antonio (My University, 2016)
La presencia de un túnel dentro de un suelo o macizo rocoso ocasiona el efecto dren de un dren hacia el cual el agua fluye, dando lugar a distintos problemas durante la construcción y también a largo plazo, como son: a) dificultades en el avance de la excavación, b) disminución de la resistencia del suelo o macizo rocoso, c) incremento de la presión del agua sobre el revestimiento primario y secundario, d)hinchamientos y reblandecimientos en materiales arcillosos (suelos expansivos), e) formación de cavidades en materiales salinos, f) descenso de los niveles de agua en la superficie provocando hundimiento del terreno, g) movimientos de laderas, h) impactos ambientales. Los túneles también pueden experimentar filtraciones de agua asociadas al deterioro y pérdida de mortero, así como deformaciones, grietas y roturas del revestimiento o caída de bloques debido al agua. Teóricamente un túnel puede ser impermeable, es decir que no experimente filtraciones de agua y que por tanto toda la presión se ejerza sobre su revestimiento, o bien, puede ser semi-permeable, permitiendo un cierto volumen de filtración y evitando presiones significativas sobre el revestimiento. En la práctica, la mayoría de los túneles son permeables durante su construcción y semipermeables durante su vida útil.
En esta tesis se muestra cómo se puede evaluar la infiltración de agua en túneles, en la parte principal se presentan los análisis efectuados para determinar el gasto de infiltración en un túnel sin revestimiento que se encuentra ubicado en un suelo representativo de la Zona Lacustre de la Ciudad de México con base en métodos analíticos y numéricos. Los métodos corresponden a las ecuaciones de Polubarinova-Kochina (1962), Goodman et al. (1965) y Alberro y Hernández (1989) aplicables a medios homogéneos e isótropos. Los modelos analíticos previos se comparan con la solución obtenida mediante modelación numérica fundamentada en el método elementos finitos (MEF) con la ayuda del programa PLAXFLOW. Los análisis numéricos se realizan considerando inicialmente el medio como homogéneo y posteriormente como heterogéneo. Asimismo los cálculos se efectúan en condiciones de flujo establecido. Los resultados se resumen en gráficas comparativas para facilitar su interpretación. Al final se dan las conclusiones de los análisis efectuados y recomendaciones generales para llevar a cabo este tipo de cálculos.
Keywords: Flujo de agua en túneles sin revestimiento; flujo establecido; Túnel Emisor Oriente; modelado analítico; modelado numérico; medio homogéneo y heterogéneo