Predicción del rendimiento de avance en obras subterráneas mediante modelos estocásticos

Resumen

La estimación del rendimiento de avance tiene mucha importancia en la construcción de túneles porque permite predecir la duración de la obra y estimar los costes dependientes del tiempo y porque contribuye además a mejorar la organización y planificación del trabajo. Por todo ello, a lo largo del tiempo, se han desarrollado diferentes métodos de predicción que permiten estimar el rendimiento de avance a partir de datos objetivos conocidos a priori. Dada la longitud de los túneles actuales y la profundidad a la que se excavan, algo característico en los mismos es la heterogeneidad que presenta el terreno, así como la incertidumbre existente respecto sus características geológicas, geotécnicas etc. Por ello, es lógico que se hayan desarrollado modelos de predicción que introducen un análisis estocástico o probabilístico generando diferentes escenarios posibles y produciendo un conjunto de soluciones con diferente probabilidad de producirse. En este contexto, el objetivo principal de la tesis es desarrollar un modelo de predicción del rendimiento de avance de un túnel ejecutado con Tuneladora o máquinas TBM (Tunnel Boring Machine) basándose en métodos estocásticos. Para ello se ha partido de los datos de avance del túnel del Lote 3 de la Variante de Pajares. Se ha hecho un análisis estadístico estudiado en detalle todos los datos geológicos (perfil geológico, sondeos, formaciones geológicas, fallas, cabalgamientos etc.), geotécnicos, caracterización geomecánica, datos productivos (tiempos de excavación y colocación de anillos de dovelas ) así como los tiempos muertos (montaje y desmontaje de la tuneladora, averías, paradas programadas, cambio de herramientas etc.). Después se han generado las funciones de densidad de probabilidad de tiempos de duración del ciclo. Posteriormente se simula el avance del túnel como una suma de ciclos de trabajo cuya duración se determina mediante el método de Monte Carlo. Repitiendo el proceso, se generan diferentes soluciones que permiten hacer un análisis con un rango de variación. Una vez desarrollado el modelo y calibrado con el Lote 3 de la Variante de Pajares, se ha utilizado para predecir el avance en un caso muy similar (el tubo paralelo o Lote 4) y después en un caso con las mismas formaciones geológicas sedimentarias, pero con diferencias significativas (los dos tubos del Lote 1). Y finalmente, con los ajustes necesarios, se ha aplicado para la estimación del avance en los túneles de Guadarrama a través de formaciones geológicas de origen ígneo, completamente diferentes. Los resultados en todos los casos demuestran que el modelo desarrollado permite predecir con suficiente precisión el rendimiento de avance y la duración de la obra en túneles excavados en roca, tanto en formaciones sedimentarias como en formaciones ígneas.