Disseny geomètric de dovel·les de formigó per a TBM i la seva possible influència als acabats del túnel

Abstract

Elements clau dins la infraestructura de qualsevol país, els túnels juguen un paper fonamental per al desenvolupament i creixement de la societat. Aquests, la major part situats fora de la vista, són els encarregats d’impulsar i permetre el funcionament d’un gran nombre de sectors claus en la economia d’un territori. Persones, materials, béns i altres serveis de transport han estat els factors causants d’un augment important al llarg dels darrers anys de la construcció de túnels. Diferents han estat els mètodes constructius utilitzats al llarg de tota la història, tot i així, avui en dia el mètode més utilitzat es la construcció mitjançant una màquina tuneladora. TBM (de l’anglès Tunnel Boring Machine) és el nom que reben aquest tipus de màquines, les quals són les encarregades de realitzar la perforació del terreny a secció completa i al mateix temps permeten la instal·lació del revestiment estructural final a mesura que es va avançant. Aquest està format per dovelles, segments de formigó armat que units formen anells que seqüencialment van modelant el túnel. Tot i la utilització actual d’aquest mètode constructiu, gran part dels projectes es basen en l’anàlisi dels resultats obtinguts de construccions prèvies d’aquest tipus. Per tant, la utilització de dovelles a l’hora de construir un túnel està fortament influenciada per experiències anteriors. D’altra banda, la gran varietat d’ambients constructius que es troben en cadascun dels projectes com també la necessitat de disminuir els costos de fabricació de les dovelles, fa que aquest element estructural prengui protagonisme. Com a conseqüència, és imprescindible conèixer i entendre aquest component tecnològic clau en el procés de fabricació. Tenint en compte la demanda en entendre en major mesura els paràmetres que influeixen en la utilització d’aquest mètode, el present treball pretén aportar nova recerca sobre el tema. La fonamentació d’aquest ha estat la recopilació, extracció, anàlisis i gestió d’un elevat volum d’informació obtinguda a partir de 15 projectes constructius diferents, ja realitzats, amb l’objectiu d’obtenir patrons o correlacions. S’ha analitzat la possible influència que pot tenir el disseny geomètric d’aquestes dovelles amb l’acabat final del túnel. Amb aquesta idea en ment, també s’ha intentat extreure paràmetres provinents dels materials i quantitats dels mateixos per tal de trobar possibles relacions. El punt de partida ha estat caracteritzar cada projecte individualment i posteriorment comparar-ho i/o correlacionar-lo amb els altres amb la finalitat d’obtenir indicis o camins a seguir en el disseny d’aquest element estructural. A la part final del treball s’han redactat una sèrie de conclusions relatives als resultats obtinguts com també unes futures línies d’investigació.

Tunnels are key elements in the infrastructure of any country, playing a fundamental role in terms of development and growth of its society. These, mostly located out of sight, are responsible for promoting and allowing the operations of a huge number of sectors with a direct impact on the country’s economy. People, materials, goods and transport services were responsible for the significant increase in tunnel construction in recent years. Different construction methods have been used throughout tunnel history; however, today’s most widely used method is a TBM or Tunnel Boring Machine. Such machines are responsible to perform the drilling ground whole section and at the same time to allow the installation of the final structural lining. The tunnel is build by precast concrete segments that together form a ring, sequentially shaping the tunnel. Despite the current use of this construction method, projects are largely based on the analysis of the results of previous tunnel constructions. Therefore, the segments used when constructing a tunnel are strongly influenced by past experiences. Moreover, the variety of building environments that are in each of the projects as well as the need to reduce manufacturing costs of the segments makes this structural component a key element. As a result, to master this technology is a must in the manufacturing process. Taking into account the increasing demand in understanding the parameters that influence the use of this method, this paper aims to provide new research on the subject. The foundation for this has been the collection, extractions, analysis and management of a high volume of information gathered from 15 different construction projects. The projects already undertaken have been used with the aim of obtaining patterns or correlations. It has been analysed the possible influence the geometric design of these segments may have with the finishing stage of the tunnel. Whit that in mind, the study has also tried to extract parameters from the materials and quantities used to find potential relationships. The starting point has been to characterize each project individually and then compare and/or correlate it with others in order to obtain evidence or paths to follow when it comes to the design of this structural element. At the end of the research a number of conclusions have been highlighted and future research possibilities have been suggested.