Actuación de una sección de túnel en material puzolánico de la ciudad Arequipa a partir de un modelo físico

Abstract

Las características geográficas, geotécnicas y geológicas del territorio peruano lo convier- ten en un país con suelos y rocas muy buenas para ser excavados mediante túneles, tanto en forma manual, como mecánica(Yparraguirre, 2010). Sin embargo, entre el 2005 y 2015 el Perú no superó los 5 km de túneles dedicados al transporte(Bejar Rojas y Mendo- za Loayza, 2015). Por lo tanto, el acelerado desarrollo de industrias en las capitales de provincias(Bejar Rojas y Mendoza Loayza, 2015), y, en el caso de la Región Arequipa, el constante crecimiento demográfico en distritos como Cerro Colorado(Arela B. y Chá- vez C., 2021), obligará en el futuro cercano a planificar grandes obras de Ingeniería. La excavación de túneles viales debe formar parte de esta idea. Desde este punto de vista, investigar y realizar estudios para comprender y por lo tanto predecir el comportamiento de estas estructuras es importante, tanto en áreas rurales como urbanas. El presente trabajo describe la formulación, el desarrollo y los resultados de las pruebas hechas en un modelo físico a escala reducida de un revestimiento de túnel cons- truido en un macizo puzolánico, característico del distrito de Cerro Colorado de la Ciudad de Arequipa. Para el desarrollo de la investigación fueron implementados dos tipos de ensayos experimentales. En el Ensayo Tipos de Sección se experimentó con tres secciones típicas de túnel (circular, mixta y cuadrada), con y sin refuerzo. Se simuló la aplicación de cargas estáticas verticales. Se utilizó una máquina multiusos y deformímetros analógicos para la adquisición de datos de carga y desplazamientos en las secciones. El Ensayo de Comportamiento del Sistema Túnel simuló un revestimiento de túnel confinada en un macizo con material puzolánico. Los ensayos tuvieron distintas profundi- dades de confinamiento (5, 10 y 20 cm). Para la realización de este ensayo se construyó un modelo físico a base de perfiles y tubos de acero. Este modelo tiene 1.4 m de largo, 0.60 m de ancho y 0.85 m de alto con una cara frontal transparente para la observación de desplazamientos. Las medidas de desplazamientos se tomaron dentro del revestimiento de túnel y en diferentes ángulos. Para el macizo se utilizó el método de compactación reproduciendo la densidad in situ de la puzolana. Los controles previos y posteriores a los ensayos garantizaron que la densidad alcanzada era la correcta. Los resultados de los Ensayos de Tipos de Sección mostraron que, tanto para las secciones con y sin refuerzo, la sección circular es la que presenta mejor desempeño. La inclusión del refuerzo aporta capacidad de carga y ductilidad a todas las secciones estudiadas. Los resultados de la simulación en el modelo físico muestran que, el confinamiento con el que contó la sección aumentó sustancialmente la capacidad de carga del sistema Túnel, y en el caso de las secciones sin refuerzo no permitió que colapsen. A mayor altu- ra de confinamiento, el macizo disipa mejor la carga aplicada. La comparación de estos resultados se hizo a través de simulaciones numéricas en el software PLAXIS 2D, donde se logró reproducir las condiciones de desplazamientos similares a los modelos físicos.