anexo 4.a-bases diseñoestación tipo ml6 en grava

8/12/2019 ANEXO 4.a-Bases DiseoEstacin TIPO ML6 EN GRAVA

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INGE-SGC-3067-207ANEXO IV a

ESTACION TIPO

N PG.1DE 29REVISIN 2

VITACURA N 9990 OF. 405VITACURASANTIAGO; FONO FAX (56-2) [email protected]

C O N T E N I D O

1. SISTEMA DE ENTIBACION CUERPO PRINCIPAL DE ESTACION

INSERTA EN GRAVA

1.1 Elementos de la entibacin

1.2 Empujes de tierra sobre la entibacin

1.3 Empujes de tierra sobre entibacin en EVENTUALES rellenos

1.4 Capacidad de soporte de los pie derechos

2. CUERPO PRINCIPAL DE LA ESTACIN TERMINADO

2.1 Empuje esttico

2.2 Componente ssmica del empuje

2.3 Tensiones admisibles fundaciones

2.4 Constantes de balasto fundaciones

2.5 Verificacin ssmica longitudinal

3. ESTRUCTURAS ANEXAS

3.1 Profundidad de fundacin

3.2 Tensiones de contacto admisibles

3.3 Entibacin

3.4 Empujes de tierra para las estructuras terminadas

3.5 Taludes de excavacin

FIGURAS 1 a 11


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INGE-SGC-3067-207ANEXO IV B

ESTACION TIPO



11. SISTEMA DE ENTIBACIN CUERPO PRINCIPAL DE ESTACIN TIPO INSERTA EN

GRAVA1

1.1 Elementos de Entibacin

1.1.1 Pie derechos

La entibacin del cuerpo principal de la estacin estar materializada por piederechos, conformados por pilas de hormign armado excavadas manualmente y

hormigonadas contra terreno, por los menos en las caras laterales y en la cara

opuesta a la excavacin de la estacin (ver Fig. 1). Por razones constructivas, la

seccin transversal mnima de las pilas ser de 0.8 x 1.0 m y su espaciamiento

mximo entre ejes, Smax, ser;

Smax= 3.5 + b (1)

con Smaxexpresado en (m), si el frente de la pila que mira hacia la excavacin de la

estacin, b, en (m).

Se debe considerar que tanto la seccin transversal de las pilas como

espaciamiento entre ejes, S, se ajustarn a lo siguiente:

1Se considera Estacin Inserta en grava que es la situacin tpica en Tramos I y II de ML6


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ESTACION TIPO



2una solicitacin de arranque sobre los anclajes que las arriostran, cuyo valormximo de trabajo es del orden de 100 ton por anclaje para los sistemas

utilizados normalmente en la grava de Santiago.

que en los sectores de la estacin sin losas intermedias, una vez destensados

los anclajes que las arriostran, requerirn pilas con una seccin mayor a la

mnima y con separaciones inferiores al Smaxestablecido por la ecuacin (1).

que la disposicin de las vigas de techo, idealmente deberan quedar apoyadas

en las cabezas de las pilas.

A dejar una separacin libre para dar cabida a los accesos a eventuales losas

pasillo en interconexiones con otras estaciones.

Alternativamente, podrn utilizarse pilotes preexcavados de hormign armado con

un dimetro y un equipo de perforacin compatible con la existencia de bolones

detectados en varios sectores que tienen tamao mximo de hasta 12. En este

caso reemplazar b por el dimetro D del pilote en la ecuacin (1).

Para el caso de las pilas o pilotes que se construirn en sectores con rellenos (Ver

Figura 1), se debern ejecutar las pilas o pilotes, con un espaciamiento mximo de

3m entre ejes. De construir especficamente pilas excavadas en forma manual, se

deber considerar entibarlas en toda la altura de rellenos. Entre pilas y/o pilotes se

dispondr de un muro pantalla para contener el derrame de los rellenos, el cual se

afianzar a las pilas. El muro pantalla deber aceptar una presin uniforme de


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ESTACION TIPO



3aproximadamente 0.5 ton/m

2

, para lo cual se propone utilizar una malla ACMA 378anclada alas pilas, cubierta con un hormign proyectado de 5cm de espesor como

mnimo (experiencia obras Metro).

1.1.2 Sistema de arriostre

Una vez hormigonados los pie derechos hasta el nivel de la losa de techo, se

procede a ejecutar una excavacin masiva para alojar las vigas y la losa de techo.Terminada esta faena, se procede a excavar por el interior de la estacin, dejando

bermas provisorias para materializar los anclajes segn se indica

esquemticamente en la Figura 2. En esta figura se proponen los niveles de anclaje

con y sin efecto de puntal del techo de la estacin, requirindose un mnimo de 2

niveles de anclajes si existe efecto puntal y un mnimo de 3 niveles si no existe

dicho efecto.

Los niveles de anclaje propuestos debern ajustarse, de modo que sus cabezas no

causen problemas de interferencia con elementos estructurales singulares de la

estacin que emerjan de los muros perimetrales. De ser necesario, los anclajes

tendrn un esviaje tanto en elevacin como en planta, con el fin de evitar la

interseccin de estructuras existentes.

De ser necesario, se deber ajustar la cota de la cabeza del anclaje y/o la posicin

en planta del pie derecho.


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ESTACION TIPO



4En la Figura 3 se establecen las condiciones de diseo de los anclajes

2

.

1.2 Empujes de tierra sobre la entibacin

1.2.1 Empuje esttico

Est controlado por el empuje debido al peso propio del suelo y por la descarga de

eventuales edificios existentes en el entorno de la estacin.

En la Figura 4 se establece el empuje esttico, e, el cual genera una carga lineal

sobre los pie derechos, qe, que se determina como:

qe= e S (2)

en que qese expresa en ton/ml si ese expresa en ton/m

2

y la distancia entre ejesde dos pie derechos consecutivos, S, se expresa en (m).

La restriccin lateral bajo el sello de excavacin, SE, se representa por la constante

de balasto esttica, kHe, la cual toma los valores indicados en la tabla inserta en la

Figura 4.

Con la finalidad de verificar la plastificacin de los resortes de interaccinhorizontal definidos con la constante de balasto kHe, se establece la resistencia de

2En sectores que requieran condiciones especiales se tratarn de forma particular.


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ESTACION TIPO



5plastificacin del suelo en la zona enterrada del pie derecho bajo el sello deexcavacin:

*1113 Zb

BP

(3)

en que P se expresa en (ton/m2) si el frente de la pila, b, la profundidad, Z*,

medida a partir del sello de excavacin y el ancho de influencia, B, se expresan en

(m). El ancho de influencia B queda definido como el menor valor entre 2b y S. Si

se trata de pilotes, reemplazar b por su dimetro D.

Si la tensin horizontal He que toman los resortes de interaccin entre el pie

derecho y el suelo verifica He > P, hacer He = P, con lo cual los resortes

plastificados constituyen cargas externas conocidas con las cuales se reprocesa el

sistema.

1.2.2 Componente ssmica del empuje

En la Figura 4 se define la componente ssmica del empjela cual se determin con

un coeficiente ssmico Cs= 0.15. Genera una carga ssmica uniforme sobre el pie

derecho, qs, determinada como:

qs= 0.073 S H (4)


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ESTACION TIPO



6en que qsse expresa en (ton/ml) si S se expresa en (m) y la altura, H, entre el niveldel terreno y el sello de excavacin se expresa en (m).

La tensin resultante esttica ms ssmica, R, que tomen los resortes de

interaccin, representados por la constante de balasto kHepara las solicitaciones

estticas y por kHspara la componente ssmica de la solicitacin, se verificarn por

plastificacin utilizando la ecuacin (3).

Habr plastificacin si R P procedindose en la forma ya establecida en el

acpite (1.2.1).

1.3 Empujes de tierra sobre entibacin

Se deben considerar sobre el sistema de entibacin adems de los empujes de

tierra estticos y ssmicos aquellos provenientes de edificaciones vecinas los que

deben evaluarse en forma particular.


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ESTACION TIPO



71.4 Capacidad de soporte de los pie derechos

Los pie derechos, antes de construir la losa de fondo, estarn sometidos a cargas

axiales de compresin producto de las descargas del techo, de su peso propio y de

las fajas del muro perimetral ancladas a los pie derechos que se pudieren

construir durante el avance de la excavacin de la estacin.

En la Figura 5 se ilustra la evolucin de la resistencia de punta del pie derecho, qP, y

su resistencia de fuste, RF, con el asentamiento normalizado que dicho pie derecho

experimenta.

Deber verificarse:

10.1V

RTU (5)

con RTU = RPU + RFU siendo RPU la resistencia ltima de punta y RFU la resistencia

ltima de fuste, ambas expresadas en (ton) y obtenidas con las expresiones de la

Figura 5; V es la solicitacin axial de trabajo en (ton) que acta sobre el pie

derecho, incluido su peso propio.

Se hace notar que las curvas qPy RFde la Figura 5 permiten obtener una relacin

entre el asentamiento del pie derecho, , y la solicitacin axial de trabajo, V,

calculada como:


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ESTACION TIPO



92. CUERPO PRINCIPAL DE LA ESTACIN TERMINADO

2.1 Empuje esttico

La estructura terminada, una vez destensados los anclajes, se analizar con la

presin esttica, e, que acta en los costados de la estacin y que se obtiene de la

tabla inserta en la Figura 4. Esta presin genera una solicitacin qe = e . s (ver

ecuacin 2) que se distribuye entre los pie derechos y el muro perimetral,generando las solicitaciones de empuje esttico siguientes:

D

qepep

(Pilote) (7a)

b

qepep

(Pila) (7b)

eep qq 90.0 (7c)

t

qeeM 10.0 ( 8 )

en que ep es la presin horizontal sobre el pie derecho en (ton/m2) si qep se

expresa en (ton/ml) y D, b en (m); qepes la carga lineal uniforme a lo largo del pie

derecho, determinada con la ecuacin (7c), y expresada en (ton/ml) si la carga

lineal, qe, determinada con la ecuacin (2), se expresa en (ton/ml), modelando el

pie derecho como una viga continua que se apoya en el sistema losa-vigas de

techo, en las losas intermedias y en la losa de fondo de la estacin(4); eM es la

presin horizontal determinada con la ecuacin(8), que acta sobre el muro

(4)En este modelo se podr mantener la constante de balasto, kHe, establecida en la tabla insertaen la Fig. 4.


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ESTACION TIPO



10perimetral que se expresa en (ton/m

2

) si qe se expresa en (ton/ml)y la distancialibre entre pie derechos, t, definida en la Fig. 4, se expresa en (m). Para reducir los

momentos flectores en el muro perimetral debido a la presin eM se los deber

anclar a los pie derechos.

En el caso de que en la estacin no se disponen losas intermedias el empuje

esttico, representado por el trmino*

e , queda definido en funcin de la flecha

normalizada, /H*, experimentada por el pie derecho segn se ilustra en la Figura

6.

Es probable que en ciertas estaciones por razones estructurales, se requiera un pie

derecho con seccin mayor a la normal, por lo que el empleo de pilotes, con D =

1.5 m, resultara insuficiente.

2.2 Componente ssmica del empuje

El efecto del sismo se analizar empleando el modelo cinemtico esquematizado

en la Figura 7, en el cual la deformacin ssmica del suelo de campo libre, S, se

aplica en la base de los resortes de interaccin, KS, que conectan los pie derechos y

el muro perimetral con el suelo. De este modo se obtiene el empuje ssmico, s ,

acta sobre el permetro de la Estacin en contacto con el suelo(5)

. Para incorporar

(5)Los resortes parten comprimidos con la presin esttica horizontal epy eM que acta sobre lospie derechos y sobre el muro perimetral, determinada segn lo expuesto en el numeral (2.1). Losresortes que entren en traccin ( ep+ s< 0 eM+ s< 0) debern eliminarse repitindose el


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ESTACION TIPO



11la inercia de las losas de la Estacin, incluida la losa de techo, se utiliz uncoeficiente ssmico igual a 0.2. Si la profundidad de la losa de techo, ds, verifica ds>

0.5B, no se considerar su inercia (Ver. Fig.7 para definicin de d sy B).

El anlisis deber repetirse invirtiendo el sentido de la solicitacin ssmica indicado

en la Figura 7.

2.3 Tensiones admisibles

A excepcin del tratamiento dado a la capacidad de soporte de los pie derechos

(acpite 1.3), al resto de las fundaciones se le asignan las siguientes tensiones

admisibles a nivel de sello de fundacin:

ESTACIONES INSERTAS EN GRAVA

1.5 DF 4 m Esttica 4 kg/cm2

Esttica + sismo 6 kg/cm2

4 DF 7 m Esttica 6 kg/cm2


7 DF 10 m Esttica 10 kg/cm2


procedimiento. Esto se aplica en la misma forma para las zonas de la Estacin donde se disponenlosas intermedias, trabajando en este caso con *epy *eMsegn lo expuesto en la Fig. 6.


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ESTACION TIPO



12DF 10 m Esttica 15 kg/cm

2

Esttica + sismo 20 kg/cm

2

en que DF representa la profundidad de fundacin, medida a partir del N.T.

0.00, la que en todo caso estar condicionada a apoyar el sello de fundacin en

grava natural (DF 1.5 m).

2.4 Constantes de balasto fundaciones

2.4.1 Fundaciones en general

A excepcin de la losa de fondo de la Estacin, para solicitaciones estticas la

constante de balasto se evaluar a travs de las relaciones siguientes:

Solicitaciones verticales kve= 3900 (Df+ B)0.55

; Df< 6m (9a)

B

kve= 5500 (Df+ B)0.53

; Df>6m (9b)

B

Solicitaciones momento volcante k e = 2 kve (10)

Para la componente ssmica de la solicitacin, la constante de balasto k vs k s se

obtendr multiplicando por 3.0 los valores de kve k e, respectivamente.

En las expresiones (9a) y (9b), la constante de balasto kvese expresa en (ton/m3) si

el lado menor de la fundacin, B, y la profundidad de fundacin D F, se expresan en

(m).


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ESTACION TIPO



132.4.2 Losa de fondo

Se construye y por tanto se carga una vez alcanzado el sello de excavacin sobre el

cual exista una tensin vertical, antes de excavar, del orden de 50 ton/m2. Al

cargar la losa, la tensin de contacto esttica promedio sera en su sector mas

rgido ligeramente superior. En consecuencia, teniendo en cuenta que:

Gran parte de la tensin se aplica en recarga,

Las tensiones mayores se concentran en un ancho de 4 m adyacente al

muro perimetral,

se obtiene, para la losa de fondo, una constante de balasto para carga esttica, keL:

keL= 10.000 ton/m3 a 15.000 ton/m

3

segn sea el ancho, L, de la zona rgida de la losa que se explicita en la Figura 8.

2.4.3 Pie derecho

Al estar unido el muro perimetral con los pie derechos, el comportamiento del

sistema losa de fondo-pie derecho se analiza con el modelo planteado en la Figura

8. Para tal efecto debe definirse en forma previa la constante del resorte esttico

en la punta del pie derecho, KVP.

La obtencin de esta constante de resorte se puede efectuar en forma ms

rigurosa empleando el procedimiento indicado en la Figura 8, lo que requiere


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ESTACION TIPO



14generar la curva V vs del pie derecho en la forma indicada en el acpite (1.4) deeste Anexo

(6) Si bien el procedimiento formulado para definir la constante KVPes

simple, presenta la dificultad de tener que conocer la solicitacin axial de trabajo

en el pie derecho, Vtf, una vez terminada la construccin de la estacin. Debido a

que Vtfdepende de KVPsegn el modelo de anlisis establecido en la Figura 8, se

requiere un procedimiento iterativo.

Para simplificar el clculo, en la Figura 9 se entregan valores aproximados de la

constante de balasto bajo la punta del pilote, kvc, con los cuales se define la

constante del resorte, KVP:

KVP= kvp P (11)

en que KVPse expresa en (ton/m) si kvpse expresa en (ton/m3) y el rea de la punta

del pie derecho, P, en (m2).

3. ESTRUCTURAS ANEXAS

(6)El asentamiento de 0.35 cm para la punta del pilote indicado en la Figura 8 se debe al efecto dearrastre inducido a travs del suelo por la losa de fondo.


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153.1 Profundidad de fundacin

La profundidad de fundacin queda bsicamente controlada por condiciones de

arquitectura.

Por lo tanto, salvo los sectores de entrada a los tneles de acceso, los que se

apoyarn a 1.5 m de profundidad mnima bajo el NT 0.00, el resto de las

estructuras presenta su sello de fundacin en franca grava arenosa.

3.2 Tensiones de contacto admisibles

Se utilizarn las establecidas en el numeral 2.3 del presente informe.

3.3 Entibacin Estacin

La Figura 10 presenta esquemticamente el sistema de entibacin con los empujes

que se deben considerar.

3.4 Empujes de tierra para las estructuras terminadas

3.4.1 Empuje esttico

Los muros perimetrales de las estructuras anexas se dimensionarn para una nica

condicin de empuje, correspondiente a la que se genera en los sectores de

excavacin con talud (condicin ms desfavorable). As entonces, si se considera


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16que las excavaciones con talud dejan un espacio que posteriormente se rellenarcon grava arenosa compactada, el empuje esttico sobre los muros perimetrales

de las estructuras anexas, He, se define como sigue:

He= 0.55 Z (12)

en que Hese expresa en (ton/m2) si la profundidad, Z, medida desde la superficie

del terreno se expresa en (m); en el caso de los tneles de acceso interesaran los

valores de Z entre el nivel del techo del tnel y su nivel de radier de piso.

3.4.2 Componente ssmica del empuje

Para el caso de los tneles de acceso se aplicar el mtodo cinemtico establecido

en el acpite (2.2). La aplicacin del mtodo se ilustra en la Fig. 9, haciendo notar

que se hacen extensivos los requerimientos ya establecidos en cuanto a invertir la

direccin de la solicitacin ssmica y al tratamiento de los resortes horizontales

traccionados.

3.5 Taludes de excavacin

Para alturas de excavacin de hasta 15 m se utilizarn taludes de 70 con respecto

a la horizontal. Por sobre dicha altura se utilizar un talud de 65.


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F I G U R A S


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FIG.1 ISOMETRICA PIE DERECHO Y MURO PERIMETRAL


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FIG10 ANALISIS SISMICOS DE TUNELES DE ACCESO A ESTACIN


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