estabilidad de los frentes de los túneles de la floresta

TEMA 10:
ESTABILIDAD DE LOS
FRENTES DE LOS
TÚNELES DE LA
FLORESTA
Lección 10: Estabilidad de los frentes de los túneles de La Floresta
1
Aspectos generales
● Dos túneles paralelos de autopista (Sierras Norte de BCN)
● Recubrimientos medios: 25 m
L = 250 m
● Recubrimientos máximos: 35-40 m
● Roturas del frente: a los 60 m y a los 100 m de las bocas
Terreno
Túnel
● Proyecto:
RMR
Este
Oeste
Pizarras con algunas intercalaciones de cuarcita 30-40
60%
53%
Cuarcita con intercalaciones de pizarra
50-60
28%
17%
Zonas de falla
15-20
12%
30%
● Discontinuidades: 3 familias, esquistosidad, fallas, otras facturas
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Fracturación
muy alta
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Tras las roturas (nuevo informe)
● En 30 m próximos al frente:
ƒ RMRmax = 7-33
ƒ RMRmin ≅ 0
Observaciones en el túnel
● Pizarras DISGREGABLES con las manos
● Milonitos de falla: SUELOS de baja plasticidad
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13
Ensayos
● Flexotracción sobre pizarra:
Probeta
σtracción
(kg/cm2)
L (cm)
b (cm)
c (cm)
Prot
(kg)
1
5.6
2.6
0.55
7
74.7
2
5.6
2.6
0.65
8
61.2
3
5.6
2.6
0.87
12.8
39
Caso
● Durabilidad (SDT):
98.25 %
97.93 %
96.56 %
● Plasticidad: No plástica
qu (en bloque de BUENA CALIDAD)
● Corte en plataforma de inclinación
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Alta a muy alta
qu = 30 kg/cm2
E = 5500 kg/cm2→ ¡BAJO!
ϕ’ = 20º, 25º, 22º (σn ≅ 0)
14
Análisis retrospectivo de rotura emboquille (Túnel Este)
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Análisis retrospectivo de rotura de emboquille
Parámetros resistentes
φ (º)
C (T/m2)
Factor de seguridad
F
0
10
0.903
0
12
1.083
0
14
1.264
La rotura (F = 1) corresponde a la combinación φ = 0; C = 11 T/m2
Si se supone un ángulo de fricción de 10º, se obtiene:
Parámetros resistentes
φ (º)
C (T/m2)
Factor de seguridad
F
10
8
0.898
10
9
0.986
10
10
1.074
La rotura en este caso se explica como φ = 10; C = 9.5 T/m2
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Croquis desprendimiento Boca Norte Túnel Oeste (PK 8 + 011)
E C = 25.5 m
(recubrimiento)
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Croquis desprendimiento Boca Norte Túnel Oeste (PK 7 + 996.8)
E C = 22 m
(recubrimiento)
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Croquis desprendimiento Boca Norte Túnel Oeste (PK 8 + 006.8)
O1 C = 27 m
(recubrimiento)
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Secciones longitudinales de las roturas de frente
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Secciones longitudinales de las roturas de frente
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Rotura del frente
D⎞
⎛
σs − σT + γ ⎜ C + ⎟
2⎠
⎝
N=
cu
D⎞
⎛
γ ⎜C + ⎟
2⎠
cu = ⎝
N
⎛C⎞
; N⎜ ⎟
⎝D⎠
● Deformación plana (γ = 2.3 T/m3)
Cota
superior
Cota inferior
Recubrimiento
C
(m)
Diámetro
D
(m)
N
cu
(T/m2)
N
cu
(T/m2)
N
cu
(T/m2)
E
22
6
8
7.2
5.2
11.5
6
9.6
O1
27
6
8.7
7.9
5.5
12.8
6.2
11.1
O2
25.5
6
8.5
7.7
5.4
11.9
6.1
10.7
Rotura
Revest. liso
Revest. rugoso
Frentes inestables a partir de C = 20 m
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Rotura del frente
● 3-D cilíndrico (Deq = 8.3 m)
Cota superior
Rotura
C/D
Cota inferior
N
cu
(T/m2)
N
cu
(T/m2)
E
2.65
12.1
4.3
7.3
8.2
O1
3.25
16.3
4.4
8
8.9
O2
3.07
16
4.2
7.8
8.7
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25
Deformación plana
● C. superior
γD
= 8.28
cu
cu = 1.66 T/m2
● C. inferior
γD
= 3.63
cu
cu = 3.8 T/m2
cu disponible = 11 T/m2
→ FS ↑
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26
3-D Cilíndrico
γD
= 10.96
cu
● C. superior
cu = 1.26 T/m2
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Estabilidad de los frentes I
● Influencia del recubrimiento
cu
(T/m2)
Factor de seguridad
Recubrimiento
(m)
C/D
27
4.5
8.7
7.9
1
30
5
9.16
8.28
0.95
35
5.8
9.83
8.89
0.88
40
6.6
10.5
9.4
0.84
N
F=
c u disponible
c u necesario
(Deformación plana. Cota superior)
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Estabilidad de los frentes II
● Procedimientos de estabilización
ƒ Tacón permanentemente adosado
Factores de seguridad
Abertura
libre
“D”
Recubrimiento
C (m)
27
30
35
40
D=1m
2.6
2.5
2.3
2.16
D=2m
1.78
1.73
1.67
1.51
D=3m
1.46
1.39
1.29
1.22
F.S
– Sistemas “belga” y “alemán”
– Usar rozadora (corona excavada)
ƒ Estabilización del frente
con bulones de fibra
ƒ Paraguas
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Colapso del frente.
Mecanismo
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Paraguas
● Tipos sugeridos (L = 18 m)
Tipo
Φperf
(mm)
Pesado 1 (P1)
Tubo
Espaciamiento
(cm)
Φext
(mm)
e
(mm)
110
101.4
8
40
Pesado 2 (P2)
110
101.4
11
40
Ligero (L)
110
50.8
3
40
● Formas de trabajo
ƒ Tracción
Analizable mediante
teorema cota superior
ƒ Esfuerzo cortante
Teoría de vigas
ƒ Flexión
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Resistencia a
corte
Paraguas
Resistencia a
tracción
● Características resistentes
Paraguas
fyk
(kg/cm2)
Dext
(mm)
Dint
(mm)
S
(cm2)
I
(cm4)
Rt
(T)
Rc
(T)
P1
3600
101.4
85.4
23.47
257.8
73.4
42.2
P2
3600
101.4
79.4
31.2
323.8
97.6
56.3
L
3600
50.8
44.8
4.50
12.9
14.1
8.13
Con FS = 1.15
Suponiendo que:
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τrot =
σt
3
36
Trabajo a tracción (FP)
● Espaciamiento entre tubos (e = 40 cm)
● Equilibrio trabajos:
23.27
cu
= 196 − 0.21 FP
FS
● Resistencia al corte movilizada:
FS
c*
(T/m2)
FP
(T)
1
7.5
86.9
1.1
6.8
163.8
cu
=c*
FS
Comparar con Rt
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37
Trabajo a corte (Fc)
● Equilibrio:
Fc = 196-23.27 c*
FS
c*
(T/m2)
Fc
(T)
1
7.5
21.47
1.1
6.8
37.3
Paraguas P1 ; e = 40 cm
1.2
6.25
50.5
Paraguas P1 ; e = 40 cm
1.3
5.77
61.75
1.4
5.35
71.3
Comentarios
Comparar con Rc
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38
Trabajo a flexión
M=
● Viga biempotrada
1 2
pL
12
p = e γ h = 0.92 h
Se impone σtracción (FS = 1.5) = 3.13 x 104 T/m2
● Tubos
Y se deriva h:
● Paraguas P1
h=
● Paraguas P2
h=
● L?
21
(h en m si L en m)
L2
26.4
L2
L = Llibre + Lempotram.
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Trabajo a flexión
● L?
L = Llibre + Lempotram.
A partir concepto
de longitud elástica
L el =
4EI
kB
;
kB
= 66.7
cu
(Terzaghi)
Paraguas
Lel
(cm)
P1
45
P2
80
L
36
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Lemp ≅ 25 cm
40
Long.
empotram.
(m)
Long. libre
(m)
Paraguas P1
h (m)
Paraguas P2
h (m)
0.25
1
13.4
16.9
0.25
2
4.1
5.2
0.25
3
2
2.5
Comparar con alturas de
chimeneas (medidas)
hmax = 4 m
Conclusiones
● Avance recomendado : 2 m
● Paraguas pesado
● Longitud solape: 4 m
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