límites de servicio para túneles dovelados construidos en ...efectos de acoplamiento sin acoplar...
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Límites de servicio para túneles dovelados
construidos en suelos blandos
M.I.A. Franco Antonio Carpio Santamaria
Túneles dovelados
Túnel de drenaje
(CONAGUA)
Línea de metro(Secretaría de Obras Publicas CDMX)
Túnel carretero
(SCT)
Procedimiento constructivo
(www.cat-bus.com)
Túneles dovelados
Túneles dovelados
Clave
Hastial
izquierdo
Junta entre
anillos
Cubeta
Hastial
derecho
Dovela
Junta entre
dovelas
Convención para la dirección de fuerzas
Radial
Longitudinal
Circunferencial
Fuerza longitudinal
Fuerza radial
Desplazamiento radial
Fuerza circunferencial
Momento circunferencial
Junta entre dovelas
Estados de la junta
Dovela A
Dovela B
Junta abierta
P
M
Dovela A
Dovela B
Junta cerrada
P
Presiones del suelo sobre el túnel
Junta entre dovelas
Estados de la junta
Dovela A
Dovela B
Junta abierta
P
M
Dovela A
Dovela B
Junta cerrada
P
Relación momento – rotación de Gladwell
Aperture
Aperture
0
50000000
100000000
150000000
200000000
250000000
300000000
350000000
400000000
450000000
500000000
0 0.01
1.0P
0.5P
M
ϕ
Junta entre anillos
Anillos sin acoplar Anillo acoplado Interacción
Anillo 1
ΔU
Anillo 2
Empaque
Anillo 1
Anillo 2
Empaque
Anillo 1
Anillo 2
Empaque
τ
Engranamiento
y Fricción
PL
PL: Fuerza longitudinal
ΔU: Desplazamiento
τ: Esfuerzo tangencial
PL
Junta entre anillos
Relación fuerza tangencial - desplazamiento y su idealización
(Cavalaro, 2009)
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
0 300 600 900 1200 1500
Bituminous
Ruber
Idealized
PT
ΔU
Betuminoso
Caucho
Idealizado
Efectos de acoplamiento
sin acoplar acoplado
Carpio F. y Peña F. (2019). Influence of joints on structural behaviour of segmental tunnels built
in soft soil. Proceedings of Congress on Numerical Methods, Guimarães, Portugal
Deformaciones en túneles
Dmín
Dmáx
ΔR
Centro
Ro
ΔD
Do
Deformación radial (δR) Deformación diametral (δD) Distorsión (γ)
δR=ΔR
Ro δD=
ΔD
Do
Recomendaciones para deformaciones
En la práctica se utilizan comúnmente dos recomendaciones para
limitar las deformaciones de túneles construidos en suelos blandos:
Se recomienda limitar la deformación diametral en túneles
flexibles a 0.5%*
Se propone un intervalo para la deformación radial entre 0.25 y
0.75%**
*Peck (1969) y German Tunnelling Committee (DAUB, 2013)
**Schmidt (1984) y La Sociedad Británica de Túneles (BTS, 2004)
Refuerzo por deformaciones excesivas
(Peña et al., 2015)
Filtración por las juntas
(Long et al., 2014)
Filtración por las grietas
(Hakimi et al., 2015)
Problemas de los túneles dovelados
Objetivo
El objetivo principal de esta investigación es
establecer un criterio para deformaciones de
servicio para túneles dovelados (recubrimiento
único) construidos en suelos blandos,
considerando el comportamiento estructural.
Metodología
Determinar el Estado Límite
de Servicio
Desarrollar Análisis
Paramétricos
Proponer Límites de
Servicio para deformación
Validación
Primera etapa
Determinar el Estado Límite
de Servicio
Desarrollar Análisis
Paramétricos
Proponer Límites de
Servicio para deformación
Validación
Estados límite
ELS ELU
Comportamiento Lineal No lineal
Junta Cerrada Abierta Pérdida de estanqueidad FPA / PDE
Dovela Sin daño Grieta inicial Crecimiento de grieta FFC
Límite
Comportamiento Lineal No lineal
Junta Cerrada Grieta inicial Pérdida de estanqueidad / FPA
Dovela Sin daño
Límite
ELS / ELU
ELU: Estado límite último
ELS: Estado límite de servicio
FFC: Falla por flexo-compresión
FPA: Falla por aplastamiento
PDE: Pérdida de estabilidadDominio de la compresión
Dominio de la flexiónELS ELU
Comportamiento Lineal No lineal
Junta Cerrada Abierta Pérdida de estanqueidad FPA / PDE
Dovela Sin daño Grieta inicial Crecimiento de grieta FFC
Límite
Comportamiento Lineal No lineal
Junta Cerrada Grieta inicial Pérdida de estanqueidad / FPA
Dovela Sin daño
Límite
ELS / ELU
ELU: Estado límite último
ELS: Estado límite de servicio
FFC: Falla por flexo-compresión
FPA: Falla por aplastamiento
PDE: Pérdida de estabilidadDominio de la compresión
Dominio de la flexión
Límites para ancho de grietasRelación ancho de grieta-carga lateral
(Gong et al., 2017)
0
100
200
300
400
500
600
700
800
0.0 1.0 2.0 3.0 4.0
Carg
a (
kN
)
Ancho de grieta (mm)
SJ3
Límite de servicio
Este límite previene un crecimiento crítico de las grietas (Gong et al., 2017)
Límites para apertura de juntas
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
1.4
1.6
1.8
2.0
0 4 8 12 16
Presió
n d
e f
iltr
asió
n p
rom
edio
(M
Pa)
Apertura de junta (mm)
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
1.4
1.6
1.8
2.0
0 15 30 45 60 75 90
Presió
n d
e f
iltr
asió
n (
MP
a)
Apertura en intradós (mm)
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
1.4
1.6
1.8
2.0
-12 -10 -8 -6 -4 -2 0
Presió
n d
e f
iltr
asió
n (
MP
a)
Apertura en extradós (mm)
Apertura por separación Apertura por rotación positiva Apertura por rotación negativa
Esta medida fue propuesta para evitar la pérdida de
estanqueidad en el túnel (Ding et al., 2017; Gong et al 2019).
Relación presión de estanqueidad – apertura de la junta
(Gong et al., 2019)
Límites por falla local en la junta
0.0
1.0
2.0
3.0
4.0
5.0
6.0
7.0
0 0.002 0.004 0.006 0.008
Mom
en
to
(T-m
)
Rotación (rad)
Excentricidad
de 3.0 cm
Relación momento – rotación
(Peña et al. 2012)
0.0
1.0
2.0
3.0
4.0
5.0
6.0
7.0
8.0
0 0.002 0.004 0.006 0.008
Mom
en
to
(T-m
)
Rotación (rad)
Excentricidad
de 6.0 cm0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
1.4
1.6
1.8
0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12
Mom
en
to
(T-m
)
Rotación (rad)
Excentricidad
de 9 cm
Excentricidad de 3 cm Excentricidad de 6 cm Excentricidad de 9 cm
Esta condición se pensó para prevenir en el túnel una falla local de las juntas
(Peña et al., 2012) y una pérdida del confinamiento en el sistema de sellado
(Shalabi et al., 2012).
Definición de la deformación de servicio
Fluencia en la junta
Apertura máxima de la junta de 4.5 mm*
Ancho de grieta máximo de 0.5 mm*
*: Para túneles con Di de 12 mRelación de presión radial - distorsión
0.00
0.50
1.00
1.50
2.00
0.0% 0.5% 1.0% 1.5% 2.0% 2.5% 3.0% 3.5%
Presió
n r
adia
l (M
Pa)
Distorsión (% )
K=0.8
K=0.9
K=0.5
K=0.7
0.00
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
0.0% 0.5% 1.0% 1.5% 2.0% 2.5% 3.0% 3.5%P
resió
n r
adia
l (M
Pa)
Distorsión (% )
K=0.8
K=0.9
K=0.5
K=0.7
Carpio et al. (2020). Evaluation of traditional deformation limits for RC segmental tunnels built in
soft soils. Proceedings of the Institution of Civil Engineers – Structures and Buildings
Segunda etapa
Determinar el Estado Límite
de Servicio
Desarrollar Análisis
Paramétricos
Proponer Límites de
Servicio para deformación
Validación
Análisis paramétricos Diámetro interno (Di)
Relación de presiones (K)
Relación de esbeltez (η)
Propiedades mecánicas del concreto (E, fc y ft)
Cuantía de acero (ρ)
Ancho relativo de la junta (ψ)
K = Pv / Ph
e
Di
η=Di / e ψ = aj / e
HP = (K)VP HP
VP
VPPv
Ph
Dovela B
Dovela AJunta
e
aj
Modelo numérico
Etapas de carga
1.-Carga axial longitudinal
2.-Carga radial no uniforme (K)
Carpio et al. (2019). Recommended deformation limits for the structural design of
segmental tunnels built in soft soil. Tunnelling and Underground Space Technology
Distribución de presiones radiales
Ph = K (Pv)
Pv
PRφ=90°
φ=180°
PR = PRU + PRNU
φ
PRU PRNU = (Pv - Ph) Seno (φ)
PR: Presión radial
PRU: Presión radial uniforme
PRNU: Presión radial no uniforme
Pv: Presión vertical
Ph: Presión horizontal
φ: Ángulo (grados)
Influencia de la relación de presiones (K)
K=0.5 K=0.6 K=0.7
Mapas de agrietamiento
K=0.8 K=0.9
Influencia de la relación de presiones (K)Relación presión radial - distorsión
0.00
0.50
1.00
1.50
2.00
0.0% 0.5% 1.0% 1.5% 2.0% 2.5% 3.0% 3.5%
Pre
sió
n r
ad
ial
(MP
a)
Distorsión (%)
K=0.8K=0.9K=0.5K=0.6K=0.7
0.00
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
0.0% 0.5% 1.0% 1.5% 2.0% 2.5%P
resi
ón
ra
dia
l (M
Pa
)
Distorsión (%)
K=0.8K=0.9K=0.5K=0.6K=0.7
0.00
0.50
1.00
1.50
2.00
2.50
0.0%0.5%1.0%1.5%2.0%2.5%3.0%3.5%
Presió
n r
adia
l (M
Pa)
Distorsión (% )
K=0.5K=0.6K=0.7K=0.8K=0.9Deformación de servicio
0.00
0.50
1.00
1.50
2.00
2.50
0.0%0.5%1.0%1.5%2.0%2.5%3.0%3.5%
Presió
n r
adia
l (M
Pa)
Distorsión (% )
K=0.5K=0.6K=0.7K=0.8K=0.9Deformación de servicio
Influencia de la relación de presiones (K)
0.00%
0.20%
0.40%
0.60%
0.80%
1.00%
1.20%
1.40%
0.5 0.6 0.7 0.8 0.9
Dis
torsió
n (
%)
Relación de presiones
Distorsión de servicio en el dominio de K
Influencia del diámetro (Di) y el número de juntas (nj)Mapas de agrietamiento
Di=6.0 m con nj=7 Di=12.0 m con nj=9
K=0.5
Di=6.0 m con nj=7 Di=12.0 m con nj=9
K=0.9
Distorsión de servicio en el dominio de K
Influencia del diámetro (Di) y el número de juntas (nj)
0.00%
0.25%
0.50%
0.75%
1.00%
1.25%
1.50%
1.75%
2.00%
0.5 0.6 0.7 0.8 0.9
Dis
tors
ión
(%
)
Relación de presiones
S20
M20
B20
0.50%
0.75%
1.00%
1.25%
1.50%
0.5 0.6 0.7 0.8 0.9
Dis
tors
ión
(%
)
Relación de presiones
S20
M20
B20
Di=6.0 m con nj=7
Di=9.0 m con nj=8
Di=12.0 m con nj=9
Influencia de la relación de esbeltez (η)Mapas de agrietamiento
η=14 η=32
K=0.8
Influencia de la relación de esbeltez (η)Relación presión radial - distorsión
Relación de presiones de 0.80.00
0.50
1.00
1.50
2.00
0.0% 0.5% 1.0% 1.5% 2.0% 2.5% 3.0% 3.5%
Pre
sió
n r
ad
ial
(MP
a)
Distorsión (%)
η=20
η=32
η=14
η=26
0.00
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
0.0% 0.5% 1.0% 1.5% 2.0% 2.5%P
resi
ón
ra
dia
l (M
Pa
)
Distorsión (%)
η=20
η=32
η=14
η=26
0.00
0.50
1.00
1.50
2.00
2.50
0.0%0.5%1.0%1.5%2.0%2.5%3.0%3.5%
Presió
n r
adia
l (M
Pa)
Distorsión (% )
K=0.5K=0.6K=0.7K=0.8K=0.9Deformación de servicio
0.00
0.50
1.00
1.50
2.00
2.50
0.0%0.5%1.0%1.5%2.0%2.5%3.0%3.5%
Presió
n r
adia
l (M
Pa)
Distorsión (% )
K=0.5K=0.6K=0.7K=0.8K=0.9Deformación de servicio
Influencia de la relación de esbeltez (η)Distorsión de servicio en el dominio de η
0.00%
0.25%
0.50%
0.75%
1.00%
1.25%
1.50%
1.75%
2.00%
14 17 20 23 26 29 32
Dis
tors
ión
(%
)
Relación de esbeltez
K=0.5K=0.6K=0.7K=0.8K=0.9
0.50%
0.75%
1.00%
1.25%
1.50%
14 17 20 23 26 29 32
Dis
tors
ión
(%
)
Relación de esbeltez
K=0.5
K=0.6
K=0.7
K=0.8
K=0.9
Influencia del ancho relativo de la junta (ψ)Distorsión de servicio en el dominio de ψ
0.00%
0.25%
0.50%
0.75%
1.00%
1.25%
1.50%
1.75%
2.00%
0.40 0.45 0.50 0.55 0.60
Dis
torsi
ón
(%
)
Ancho relativo de la junta
K=0.5
K=0.6
K=0.7
K=0.8
K=0.9
0.50%
0.75%
1.00%
1.25%
1.50%
0.40 0.45 0.50 0.55 0.60
Dis
tors
ión
(%
)
Ancho relativo de la junta
K=0.5
K=0.6
K=0.7
K=0.8
K=0.9
Influencia de las propiedades mecánicas del concreto (E, fc y ft)
Distorsión de servicio en el dominio de fc
0.00%
0.25%
0.50%
0.75%
1.00%
1.25%
1.50%
1.75%
2.00%
25 30 35 40 45 50 55
Dis
tors
ión
(%
)
fc (MPa)
K=0.5
K=0.6
K=0.7
K=0.8
K=0.9
0.50%
0.75%
1.00%
1.25%
1.50%
25 30 35 40 45 50 55
Dis
tors
ión
(%
)
fc (MPa)
K=0.5K=0.6K=0.7K=0.8K=0.9
Influencia de la cuantía de acero (ρ)Distorsión de servicio en el dominio de ρ
0.00%
0.25%
0.50%
0.75%
1.00%
1.25%
1.50%
1.75%
2.00%
0.00% 0.50% 1.00% 1.50% 2.00%
Dis
tors
ión
(%
)
Cuantía de acero (%)
K=0.5
K=0.6
K=0.7
K=0.8
K=0.9
0.25%
0.50%
0.75%
1.00%
1.25%
1.50%
0.00% 0.50% 1.00% 1.50% 2.00%D
isto
rsió
n (
%)
Cuantía de acero (%)
K=0.5
K=0.6
K=0.7
K=0.8
K=0.9
Aprendizaje de los análisis paramétricos
Las deformaciones de servicio son afectadas principalmente por:
- La relación de presiones (cambio máximo de 301%)
- La relación de esbeltez (cambio máximo de 174%)
- La cuantía de acero (cambio máximo de 235%)
La influencia del refuerzo se reduce (cambio máximo de 40%) en cuantías
superiores de 0.5%
Las propiedades mecánicas del concreto afecta la distorsión de servicio hasta 30%
El ancho relativo de la junta puede reducir la deformación de servicio hasta 17%
El diámetro y el número de juntas tiene una influencia despreciable
Tercera etapa
Determinar el Estado Límite
de Servicio
Desarrollar Análisis
Paramétricos
Proponer Límites de
Servicio para deformación
Validación
Criterios para determinar los límites de servicio
Se tomaron las deformaciones de servicio de los túneles con concreto con fc de
35 y 55 MPa
Se separaron las deformaciones de servicio de los túneles con refuerzo a flexo-
compresión (ρ≥0.5%) y sin refuerzo (ρ<0.5%)
Se consideraron las deformaciones de servicio críticas (mínimas) de cada
relación de esbeltez y relación de presiones del suelo
Se aplicó el factor de reducción de 0.9 sobre las deformaciones de servicio para
tomar en cuenta la influencia del ancho relativo de la junta
Se definieron límites basados en las deformaciones de servicio bajo un enfoque
práctico. Para ello, se consideró como diferencia admisible entre 5% y -10% del
límite y su respectiva deformación de servicio en el dominio de la relación de
esbeltez
Se eliminaron los cambios de tendencia aislados (picos) en el dominio de la
relación de presiones
Límites de servicio
Túneles con refuerzo Túneles sin refuerzo
Límite de distorsión
0.00%
0.25%
0.50%
0.75%
1.00%
1.25%
1.50%
14 17 20 23 26 29 32D
isto
rsió
n (
%)
Relación de esbeltez
0.00%
0.25%
0.50%
0.75%
1.00%
1.25%
1.50%
14 17 20 23 26 29 32
Dis
tors
ión
(%
)
Relación de esbeltez
0.00%
0.25%
0.50%
0.75%
1.00%
1.25%
1.50%
14172023262932
Dis
tors
ión
(%
)
Relación de esbeltez
LS K=0.5 LS K=0.6
LS K=0.7 LS K=0.8
LS K=0.9
Cuarta etapa
Determinar el Estado Límite
de Servicio
Desarrollar Análisis
Paramétricos
Proponer Límites de
Servicio para deformación
Validación
-Influencia de la distribución de presiones reales
-Influencia de la posición de la junta
Dovela llave
Junta continua-90° j 90°
Clave 90°
Cubeta -90°
Distribución de presiones:
Einstein y Schwartz modificada* y Radial simétrica
-0.40
-0.30
-0.20
-0.10
0.00
0.10
0 90 180 270 360
Pre
sión
(M
Pa)
θ ( )
-0.40
-0.30
-0.20
-0.10
0.00
0.10
0 90 180 270 360
Pre
sión
(M
Pa)
θ ( )
σr EySτrθ EySσr Simétrica
Validación de los límites
*Pérez, M. (2013). Distribución de esfuerzos y desplazamientos alrededor de un túnel circular y en su revestimiento.
Tesis de maestría, Programa de Maestría y Doctorado en Ingeniería, Universidad Nacional Autónoma de México
Ec: Módulo de elasticidad del concreto
Es: Módulo de elasticidad del suelo
ho: Profundidad del centro del túnel
NTN: Nivel de terreno natural
NAF: Nivel de Aguas freáticas
Ko: Coeficiente de presión de tierras en reposo
γs: Peso del suelo
νs: Coeficiente de Poisson
NTN NTN NTN
NAF
NAF NAF
NTN
NAF
NTN
NAF
h₀
r₀
CASO 1 CASO 2 CASO 3
CASO 5CASO 4
h₀
r₀ r₀
r₀r₀
h₀ h₀
h₀
Yѕ=15 kN/m³Eѕ=350 kPaVѕ= 0.30K₀= 0.36NAF = -50m
Yѕ=15 kN/m³Eѕ=350 kPaVѕ= 0.30K₀= 0.29NAF = -50m
Yѕ=15 kN/m³Eѕ=5,000 kPaVѕ= 0.50K₀= 0.50NAF = -1m
Yѕ=15 kN/m³Eѕ=5,000 kPaVѕ= 0.50K₀= 0.50NAF = -1m
Yѕ=15 kN/m³Eѕ=5,000 kPaVѕ= 0.50K₀= 0.40NAF = -1m
h₀= 14.50 mr₀ = 6.60 mEc = 26,031 MPa
h₀= 13.00 mr₀ = 6.60 mEc = 26,031 MPa
h₀= -40.00 mr₀ = 6.60 mEc = 26,031 MPa
h₀= -75.00 mr₀ = 6.60 mEc = 26,031 MPa
h₀= -20.00 mr₀ = 6.60 mEc = 26,031 MPa
Influencia de la distribución de presiones reales
Límites y distorsiones de servicio
0.00%
0.20%
0.40%
0.60%
0.80%
1.00%
1.20%
1.40%
0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0
Dis
torsió
n
Relación de presiones
Influencia de la distribución de presiones
Túneles sin refuerzo estructural
Límites y distorsiones de servicio
0.00%
0.20%
0.40%
0.60%
0.80%
1.00%
1.20%
1.40%
0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0
Dis
torsió
n
Relación de presiones
Influencia de la distribución de presiones
Túneles con refuerzo estructural
NTNNTN
NAF
h₀
r₀
Yѕ=12 kN/m³Eѕ=3,500 kPaVѕ= 0.49K₀= 0.40NAF = -2m
h₀= 24 mr₀ = 6.3 m-90 j 90 Ec = 26,031 MPa
Yѕ=12 kN/m³Eѕ= 400 kPaVѕ= 0.30K₀= 0.40
h₀= 24 mr₀ = 6.3 m-90 j 90 Ec = 26,031 MPa
h₀r₀
j
- j
j
- j
Influencia de la posición de la junta
Límites y deformaciones de servicio
Túneles sin refuerzocon abatimiento sin abatimiento
0.00%
0.20%
0.40%
0.60%
0.80%
1.00%
1.20%
-90 -45 0 45 90
Dis
tors
ión
Posición de la junta continua (grados)
0.00%
0.20%
0.40%
0.60%
0.80%
1.00%
1.20%
-90 -45 0 45 90
Dis
tors
ión
Posición de la junta continua (grados)
0.00%
0.20%
0.40%
0.60%
0.80%
1.00%
-90-4504590
Dis
tors
ión
Posición de junta la continua (grados)
EI MB Límite
0.00%
0.20%
0.40%
0.60%
0.80%
1.00%
-90-4504590
Dis
tors
ión
Posición de junta la continua (grados)
EI MB Límite
Deformación
Límite
Influencia de la posición de la junta
Cambio máximo de 37%
Diferencia máxima de 78%
Cambio máximo de 12%
Diferencia máxima de 87%
Túneles con refuerzocon abatimiento sin abatimiento
Límites y deformaciones de servicio
0.00%
0.20%
0.40%
0.60%
0.80%
1.00%
-90 -45 0 45 90
Dis
tors
ión
Posición de junta la continua (grados)
0.00%
0.20%
0.40%
0.60%
0.80%
1.00%
-90 -45 0 45 90
Dis
tors
ión
Posición de junta la continua (grados)
0.00%
0.20%
0.40%
0.60%
0.80%
1.00%
-90-4504590
Dis
torsió
n
Posición de junta la continua (grados)
EI MB Límite
0.00%
0.20%
0.40%
0.60%
0.80%
1.00%
-90-4504590
Dis
tors
ión
Posición de junta la continua (grados)
EI MB Límite
Deformación
Límite
Influencia de la posición de la junta
Cambio máximo de 73%
Diferencia máxima de 113%
Cambio máximo de 40%
Diferencia máxima de 45%
Casos de estudio
Túneles en estratigrafías de múltiples estratos
Se consideraron 48 casos de estudios en 4 estratigrafías, 24 casos sin refuerzo estructural y 24
con refuerzo estructural.
Las consideraciones de cada parámetro se presentan a continuación:
•El diámetro interno (Di) se consideró de 6 a12m
•La relación de esbeltez (η) se tomó de 14 a 32
•El número de juntas (nj) entre dovelas se evaluó entre 7 y 9
•La cuantía de acero (ρ) se consideró de 0.0 a 2.0%
•Las propiedades mecánicas del concreto (E, ft y Gft) se calcularon a partir del fc
•La profundidad del centro del túnel (ho) se evaluó entre 15m y la profundidad de la capa dura
inferior
•La posición de la junta continua (φj) se consideró de -90 a 90 grados
•Las cuatro estratigrafías contemplan la mitad de los casos en condiciones con abatimiento
(CA) y la otra mitad sin abatimiento (SA)
•EL nivel de agua freática (NAF) en condiciones sin abatimiento se tomó como -2.0m.
Estratigrafías con múltiples estratos
-80
-70
-60
-50
-40
-30
-20
-10
0
19 20 21 43 44 45
Profu
ndid
ad
(m
)
-80
-70
-60
-50
-40
-30
-20
-10
0
22 23 24 46 47 48
Profu
ndid
ad
(m
)
-80
-70
-60
-50
-40
-30
-20
-10
0
13 14 15 37 38 39
Profu
ndid
ad
(m
)
-80
-70
-60
-50
-40
-30
-20
-10
0
16 17 18 40 41 42
Profu
ndid
ad
(m
)
Estratigrafía 3: con abatimiento y sin abatimiento
-80
-70
-60
-50
-40
-30
-20
-10
0
1 2 3 25 26 27
Profu
ndid
ad
(m
)
-80
-70
-60
-50
-40
-30
-20
-10
0
4 5 6 28 29 30
Profu
ndid
ad
(m
)
Caso CasoEstratigrafía 1: con abatimiento y sin abatimiento
-80
-70
-60
-50
-40
-30
-20
-10
0
7 8 9 31 32 33
Pro
fun
did
ad
(m
)
-80
-70
-60
-50
-40
-30
-20
-10
0
10 11 12 34 35 36
Profu
ndid
ad
(m
)
Estratigrafía 2: con abatimiento y sin abatimientoCaso Caso
Estratigrafía 4: con abatimiento y sin abatimiento
Caso Caso
Caso Caso
-80
-70
-60
-50
-40
-30
-20
-10
0
19 20 21 43 44 45
Profu
ndid
ad
(m
)
-80
-70
-60
-50
-40
-30
-20
-10
0
22 23 24 46 47 48
Profu
ndid
ad
(m
)
-80
-70
-60
-50
-40
-30
-20
-10
0
13 14 15 37 38 39
Profu
ndid
ad
(m
)
-80
-70
-60
-50
-40
-30
-20
-10
0
16 17 18 40 41 42
Profu
ndid
ad
(m
)
Estratigrafía 3: con abatimiento y sin abatimiento
-80
-70
-60
-50
-40
-30
-20
-10
0
1 2 3 25 26 27
Profu
ndid
ad
(m
)
-80
-70
-60
-50
-40
-30
-20
-10
0
4 5 6 28 29 30
Profu
ndid
ad
(m
)
Caso CasoEstratigrafía 1: con abatimiento y sin abatimiento
-80
-70
-60
-50
-40
-30
-20
-10
0
7 8 9 31 32 33
Pro
fun
did
ad (
m)
-80
-70
-60
-50
-40
-30
-20
-10
0
10 11 12 34 35 36
Profu
ndid
ad
(m
)
Estratigrafía 2: con abatimiento y sin abatimientoCaso Caso
Estratigrafía 4: con abatimiento y sin abatimiento
Caso Caso
Caso Caso
CDS: Capa dura superior
CDI: Capa dura inferior
FAS: Formación arcillosa superior
FAI: Formación arcillosa inferior
NAF: Nivel de agua freático
Ho: Profundidad del centro del túnel
Dext: Diámetro externo
-80
-70
-60
-50
-40
-30
-20
-10
0
1 2 3252627
Profu
ndid
ad
(m
)
CDIFSICDSFASNAFHoDext
-80
-70
-60
-50
-40
-30
-20
-10
0
1 2 3252627
Profu
ndid
ad
(m
)
CDIFSICDSFASNAFHoDext
-80
-70
-60
-50
-40
-30
-20
-10
0
1 2 3252627
Pro
fun
dida
d
(m)
CDIFSICDSFASNAFHoDext
-80
-70
-60
-50
-40
-30
-20
-10
0
1 2 3252627
Profu
ndid
ad
(m
)
CDIFAICDSFASNAFHoDext
-80
-70
-60
-50
-40
-30
-20
-10
0
1 2 3252627
Profu
ndid
ad
(m
)
CDIFSICDSFASNAFHoDext
-80
-70
-60
-50
-40
-30
-20
-10
0
1 2 3252627
Profu
ndid
ad
(m
)
CDIFSICDSFASNAFHoDext
-80
-70
-60
-50
-40
-30
-20
-10
0
1 2 3252627
Pro
fun
dida
d
(m)
CDIFSICDSFASNAFHoDext
-80
-70
-60
-50
-40
-30
-20
-10
0
1 2 3252627
Profu
ndid
ad
(m
)
CDIFAICDSFASNAFHoDext
Límites para distorsión
0.00%0.25%0.50%0.75%1.00%1.25%1.50%1.75%2.00%2.25%
Dis
torsió
n
Casos de estudio
0.00%
0.25%
0.50%
0.75%
1.00%
1.25%
1.50%
1.75%
Dis
torsió
n
Casos de estudio
Túneles con refuerzo estructural
Túneles sin refuerzo estructural
0.00%
0.20%
0.40%
0.60%
0.80%
1.00%
1.20%
Defo
rm
ació
n
dia
metr
al
Casos de estudio
Deformación de servicioLímite de servicioPeck (1969)
0.00%
0.20%
0.40%
0.60%
0.80%
1.00%
1.20%
1.40%
Defo
rm
ació
n
radia
l
Casos de estudio
Deformación de servicioLímite de servicioBTS LI (2004)BTS LS (2004)
Límites para deformación diametral
0.00%
0.20%
0.40%
0.60%
0.80%
1.00%
1.20%
Defo
rm
ació
n
dia
metr
al
Casos de estudio
0.00%0.10%0.20%0.30%0.40%0.50%0.60%0.70%0.80%0.90%1.00%
Defo
rm
ació
n
dia
metr
al
Casos de estudio
0.00%
0.20%
0.40%
0.60%
0.80%
1.00%
1.20%
Defo
rm
ació
n
dia
metr
al
Casos de estudio
Deformación de servicioLímite de servicioPeck (1969)
0.00%
0.20%
0.40%
0.60%
0.80%
1.00%
1.20%
1.40%
Defo
rm
ació
n
radia
l
Casos de estudio
Deformación de servicioLímite de servicioBTS LI (2004)BTS LS (2004)
Túneles con refuerzo estructural
Túneles sin refuerzo estructural
Límites para deformación radial
0.00%
0.20%
0.40%
0.60%
0.80%
1.00%
1.20%
1.40%
Defo
rm
ació
n
radia
l
Casos de estudio
0.00%
0.20%
0.40%
0.60%
0.80%
1.00%
1.20%
Defo
rm
ació
n
radia
l
Casos de estudioTúneles con refuerzo estructural
Túneles sin refuerzo estructural
0.00%
0.20%
0.40%
0.60%
0.80%
1.00%
1.20%
Defo
rm
ació
n
dia
metr
al
Casos de estudio
Deformación de servicioLímite de servicioPeck (1969)
0.00%
0.20%
0.40%
0.60%
0.80%
1.00%
1.20%
1.40%
Defo
rm
ació
n
radia
l
Casos de estudio
Deformación de servicioLímite de servicioBTS LI (2004)BTS LS (2004)
0.00%
0.20%
0.40%
0.60%
0.80%
1.00%
1.20%
Defo
rm
ació
n
dia
metr
al
Casos de estudio
Deformación de servicioLímite de servicioPeck (1969)
0.00%
0.20%
0.40%
0.60%
0.80%
1.00%
1.20%
1.40%
Defo
rm
ació
n
radia
l
Casos de estudio
Deformación de servicioLímite de servicioBTS LI (2004)BTS LS (2004)
Conclusiones
La deformación de servicio mostró una alta sensibilidad a los parámetros
estructurales del túnel y la distribución de presiones de los suelos blandos. Debido a
está naturaleza, los límites de servicio propuestos consideran la presencia y ausencia
de acero de refuerzo y la relaciones de esbeltez y de presiones. En contraste, los
límites empíricos al ser generales y constantes no son la mejor opción.
Límites empíricos:
El criterio de Peck (1969) no cubrió estado de servicio del 35% de los casos
El intervalo de la BTS (2004) no incluyó 27% de los casos, estando 12% del
lado de la inseguridad.
Los límites de servicio:
Cubrieron el 98% de los casos de la validación
Del lado de la inseguridad se presentó UNA diferencias menor a -11%
Del lado de la seguridad las diferencias fueron menores a 291%
Principales ventajas de los límites de servicio
El definir una deformación particular para un túnel con relaciones
de esbeltez y de presiones específicas, diferenciando entre la
presencia y ausencia de refuerzo estructural.
Prevenir la pérdida de estanqueidad, el crecimiento descontrolado
del ancho de grietas y una falla local por aplastamiento de la
junta.
Brindar la primera recomendación para distorsiones de servicio
Estas ventajas permiten obtener diseños estructurales más racionales
con mayor certeza sobre el estado límite de servicio de los túneles.
Contactofcarpios@iingen.unam.mx
Se invita a visitarLos Seminarios de la Coordinación de Ingeniería Estructural
en el Canal IIUNAM
https://bit.ly/3dUK90w
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