TUNELES - Cap2

DISEÑO Y CONSTRUCCION DE TUNELES CAPITULO TERCERO: DISEÑO ANALITICO DE TUNELES

TIPOS DE ABERTURAS SUBTERRANEAS 1. ABERTURAS LINEALES A. CIRCULARES: A = B A. ELIPTICAS : A ≠ B A. OVOIDALES: A = B є A ≠ B A. CUADRANGULARES: A=B ^ A ≠ B

2. ABERTURAS VOLUMETRICAS A. ESFEROIDALES: A=B=C ^ A=B >C ^ A >B=C A. ELIPSOIDALES : A≠B ≠C A. PRISMOIDALES : A=B=C ^ A≠B ≠C

TIPOS DE ESTRUCTURAS ROCOSAS 1. ROCAS MASIVAS - R. INTACTAS 2. ROCAS LAMINADAS - R. HOMOGENEAS - R. HETEROGENEAS 3. ROCAS FISURADAS - R. BLOCOSAS - R. FRACTURADAS - R. TRITURADAS MATERIAL CHILE Material Continuo Homogéneo Isotrópico y Linealmente Elástico

R. ELASTICAS R. ELASTOPLASTICAS R. PLASTICAS R. VISCOPLASTICAS

R. ISOTROPICAS R. TRANSV. ISOTROPICAS R. ORTOTROPICAS R. ANISOTROPICAS

MATERIAL DIANE Material DIscontinuo Anisotrópico y No Elástico

CAMPOS DE ESFUERZOS A: Considerando el campo de esfuerzos principales C. UNIAXIAL : σ1≠0, σ2 =σ3=0 C. BIAXIAL : σ1≠0, σ2 ≠0 , σ3=0 C. TRIAXIAL : σ1≠0, σ2 = σ3 ≠ 0 B: Considerando el Factor de Presión del Terreno (K) C. UNIDIRECCIONAL : K=0, σH = 0, σV ≠ 0 C. CON CONFINAMIENTO LATERAL: 0 σH C. HIDROSTATICO : K=1, σH = σV ≠ 0, C. SUPERLITOSTÁTICO: K >1, σH ≠ 0, σV ≠ 0, σH > σV

 1 0 0   123  0 0 0 0 0 0

 HV

0  0   0  V  

CAMPOS DE ESFUERZOS Coeficiente de presión del terreno: • Terzaghi y Richart (1952) • Brown y Hoek (1978) • Sheorey (1994)

K

 1 

100 1500  0. 3  K   0. 5 Z Z

1  K  0.25  7 * Eh 0.001   Z 

Mecanismos para el Análisis del Diseño de Túneles en Roca Se tienen 2 métodos de análisis, denominados de Inestabilidad: a. Mecanismos controlados por esfuerzos y desplazamientos b. Mecanismos controlados estructuralmente A. Mecanismos controlados por esfuerzos y desplazamientos 1. Mecanismos controlados por esfuerzos y desplazamientos a través de Aberturas en Roca Masiva. • Análisis de Inestabilidad de Aberturas Circulares y Elípticas en Roca Masiva. • Análisis de Inestabilidad de Aberturas Ovoidales y Rectangulares en Roca Masiva. 2. Mecanismos controlados por Esfuerzos y desplazamientos a través de Aberturas en Roca Masiva con Junta pre-existente. B. Mecanismos controlados estructuralmente 1. Análisis de Inestabilidad de aberturas en Roca Estratificada: Teoría de Vigas y Teoría de Dobelas: 2. Análisis de Inestabilidad de aberturas en Roca Blocosa: Proyecciones Hemisféricas, Análisis de Cuñas y Teoría de B Bloques.

Diseño de Aberturas en Roca Masiva

Diseño de Aberturas en Roca Masiva: Aberturas Elípticas

 

  

 2 q 1  K   1  K  1  q 2 Cos 2   1  K 1  q 2 Cos 2         V   1  q 2  1  q 2 Cos 2  

q 

a , b

A 



W  2a, H  2b b2 , a

B 

a2 , b

Diseño de Aberturas Elípticas en Roca Transversalmente Isotrópica

Diseño de Aberturas en Roca Masiva: Aberturas Ovoidales y Rectangulares Existen diversos criterios para el análisis de aberturas subterráneas de tipo Ovaloide ó Rectangular. Entre ellas tenemos: a. Método Paramétrico de Greenspan b. Método Paramétrico de Geldart c. Método de Variables Complejas de Brock

Panek (1951), para el cálculo de concentración de esfuerzos tangenciales en la periferia de aberturas rectangulares con esquinas redondeadas, hizo uso del Criterio de Fotoelasticidad. La siguiente tabla dá algunos valores determinados

2

        2 1,3  r   r    r 2 2    r tg 2   r   2

Diseño de Aberturas en Roca Masiva con Junta pre-existente It assumes that a discontinuity has zero tensile strength, and is non-dilatant in shear, with a shear strength defined by: τ=σntgφ, c=0 A zone of compressive stress concentration at the wall of a tunnel may increase or decrease stability of any joints present depending on joint orientation and joint properties.

DISEÑO DE EXCAVACIONES EN ROCA LAMINADA

DISEÑO DE EXCAVACIONES EN ROCA LAMINADA: ANALISIS TIPO VIGA

ANALISIS TIPO VIGA

ANALISIS TIPO PLACA

Consideran do las relaciones y el cociente :  L4  máx  32 Et 2  máx 2 L  2  máx 3t L  t máx  2t 3 L  máx  4  t  Así como el esfuerzo crítico :  máx  :  FS  L

Placas Horizontales L

2t  tmáx      FS 

a

t  tmáx    6    FS 

2t máxt 2t  tmáx      FS   FS 

Placas Inclinadas

E1t12  1t1   2t2   3t3  ...   ntn  a  E1t13  E2t23  E3t33  ...  Entn3 2

 t máx 

2

4

4

L pL L pL  2 ,  máx   2t 2t 32 Et 2 32 Et 3

L

2t  tmáx     Cos  FS 

DISEÑO DE EXCAVACIONES EN ROCA LAMINADA: ANALISIS TIPO DOVELA FACTOR DE SEGURIDAD 1. Modo de Falla por Quiebramiento

F .S . 

c fc

2. Modo de Falla por Deslizamiento

1 f n t tg f n tg F 2 c* * * c * F .S .    * 1 V  *s  * s* t 2 fc: Esfuerzo de compresión máximo actuando en la viga z: Brazo de Momento n: Sección de carga fraccionada de la viga: n=h/t t:Espesor de la viga s: Luz ó claro

1  *s 2 fc  4 n* z

 2  z  t 1  n   3 

DISEÑO DE EXCAVACIONES EN ROCA FISURADA

Análisis de Inestabilidad de aberturas en Roca Fracturada: Proyecciones Hemisféricas

Po: Carga de extrusión S: Fuerza de soporte W: Peso del bloque

Análisis de Inestabilidad de aberturas en Roca Blocosa: Análisis de Cuñas y Teoría de Bloques