100 Preguntas Esenciales en Geotecnia

Diseñar una obra subterránea: un túnel, una galería o una caverna, significa enfrentarse al terreno desde dentro. A diferencia de una cimentación, donde el terreno sostiene la estructura, en el mundo subterráneo es la estructura la que debe convivir con el terreno, aprovechando su resistencia, pero sin alterar su equilibrio natural. En este contexto, la geotecnia es el propio diseño.

Toda obra subterránea se apoya en tres pilares geotécnicos: conocer el terreno, prever su comportamiento y controlarlo durante la excavación. El primer paso es el reconocimiento geotécnico, que en este tipo de obras requiere una precisión y un detalle superiores. No basta con unos pocos sondeos: es necesario comprender el macizo rocoso o el suelo en toda su extensión, tanto en vertical como en horizontal. Se estudian la litología, las fracturas, la hidrogeología, la tensión in situ y el estado de alteración o meteorización. En túneles largos o de trazado urbano se complementan los sondeos con geofísica (sísmica, georradar, tomografía eléctrica) y con auscultación previa de estructuras vecinas. Como señalaba Carlos Oteo, “en el túnel, la incertidumbre se excava”: la información geotécnica nunca es total, pero debe ser suficiente para anticipar lo esencial.

A partir de ese conocimiento, se elabora un modelo geotécnico del terreno, donde se representa la disposición de los materiales, sus propiedades y las condiciones de agua y tensiones. Este modelo es la base para elegir el método constructivo y el tipo de sostenimiento. En macizos rocosos competentes, la excavación puede sostenerse con bulones, gunita y cerchas metálicas, según el enfoque del Nuevo Método Austriaco (NATM), que se basa en dejar que el terreno participe activamente en el sostenimiento mediante deformaciones controladas. En suelos blandos el diseño requiere sistemas más rígidos: escudos cerrados, tuneladoras presurizadas, pantallas de contención o congelación del terreno. Cada terreno exige su propio equilibrio entre fuerza y flexibilidad.

El cálculo geotécnico de una obra subterránea no se limita a verificar la estabilidad frente a colapso: busca equilibrar esfuerzos, deformaciones y filtraciones. Se analizan las tensiones inducidas por la excavación, los movimientos de convergencia del terreno, la presión de confinamiento y la respuesta del sostenimiento. En obras urbanas, se evalúa además el efecto sobre las edificaciones y servicios existentes en superficie. Las herramientas modernas, como los modelos numéricos tridimensionales con elementos finitos permiten simular distintas fases de construcción y ajustar los parámetros del terreno, aunque la fiabilidad de estos modelos sigue dependiendo de la calidad de la información geotécnica y de la observación en obra.

Uno de los factores más determinantes en el diseño es el agua subterránea. El control de presiones intersticiales y de filtraciones es vital para la estabilidad del frente de excavación y para evitar afluencias incontroladas. En túneles bajo el nivel freático, el diseño incorpora barreras impermeables, drenajes o inyecciones, y en algunos casos se recurre a la congelación del terreno para estabilizar suelos saturados durante la excavación. La hidrogeología es, en este sentido, una extensión natural de la geotecnia.

El diseño del sostenimiento y el revestimiento constituye el núcleo del proyecto. El sostenimiento inicial (bulones, cerchas, gunita o dovelas de hormigón) debe equilibrar las tensiones del terreno de forma inmediata, mientras que el revestimiento final asume las cargas permanentes y controla las filtraciones. El tipo, espesor y disposición de estos elementos dependen del comportamiento esperado del terreno. En el método NATM, por ejemplo, la rigidez se incrementa progresivamente, adaptando el sostenimiento a las observaciones. En los túneles construidos con tuneladora, el diseño de las dovelas se basa en la presión de confinamiento, la resistencia del macizo y la interacción entre anillos consecutivos.

En las ciudades, el desafío es aún mayor. Las obras subterráneas urbanas , como el metro, deben convivir con edificaciones, cimentaciones existentes y servicios enterrados. Aquí, el diseño geotécnico se convierte en un ejercicio de cirugía del subsuelo. Los geotécnicos evalúan los movimientos inducidos por la excavación, diseñan pantallas, anclajes, micropilotes y mejoras del terreno que limiten las deformaciones y planifican la instrumentación para seguir el comportamiento del terreno y de los edificios colindantes. La geotecnia urbana requiere precisión milimétrica y una coordinación constante entre diseño y obra. El Método Observacional, formulado por Peck y Terzaghi, encuentra aquí su aplicación más pura: diseñar, observar y ajustar en tiempo real.

En roca, la geotecnia adopta otro papel: el de garantizar la estabilidad global del macizo. Los túneles carreteros o ferroviarios que atraviesan montañas, como los de Guadarrama, Montblanc o Gotthard, combinan estudios geológicos detallados con análisis de esfuerzos y fracturación, controlando zonas de falla. La calidad de la roca, la orientación de las discontinuidades o la presencia de agua determinan más el diseño que cualquier cálculo teórico.

El control y la auscultación son parte inseparable del diseño geotécnico subterráneo. Cada túnel se comporta de forma diferente, y el éxito del proyecto depende de la capacidad para detectar y corregir desviaciones a tiempo. La instrumentación (inclinómetros, extensómetros, piezómetros…) registra el comportamiento del terreno y del sostenimiento. Estos datos alimentan la geotecnia observacional, que permite ajustar los parámetros y confirmar la validez de las hipótesis de cálculo. En proyectos emblemáticos como el Crossrail de Londres o la Línea 9 del Metro de Barcelona, la información geotécnica en tiempo real ha sido clave para excavar bajo edificios históricos sin causar daños.

La geotecnia diseña espacios estables en el subsuelo, donde la seguridad no depende solo del hormigón o del acero, sino del conocimiento del subsuelo.

Imagen de portada: Foto de Claudio Schwarz en Unsplash Fridhemsplan Metro Station, Stockholm.

📚 Referencias

• Oteo, C. (2015). Quince lecciones y un epílogo sobre geotecnia de obras subterráneas. ATC, Madrid.
• Navarro, S., Ortiz, R.P., & Ruiz, J.A. (2012). Geotecnia aplicada a la construcción de túneles. Universidad de Granada.
• López Jimeno, C. (2014). Manual de Túneles y Obras Subterráneas.
• Hoek, E. (2006). Practical Rock Engineering. Rocscience.
• Bieniawski, Z.T. (1989). Engineering Rock Mass Classifications. Wiley.
• Peck, R.B. (1969). “Advantages and limitations of the observational method in applied soil mechanics.” Géotechnique, 19(2).
• Atkinson, J. (2007). The Mechanics of Soils and Foundations. Taylor & Francis.
• GEO (2023). Deep Excavation Design and Construction. Geotechnical Engineering Office, Hong Kong SAR.