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DISEÑO Y CONSTRUCCION DE TUNELES

CAPITULO CUARTO:DISEÑO ANALITICO DE TUNELES

DISEÑO ANALITICO DE EXCAVACION Y DIMENSIONADO DE TUNELES

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TIPOS DE ABERTURAS SUBTERRANEAS

2. ABERTURAS VOLUMETRICASA. ESFEROIDALES: A=B=C ^ A=B >C ^

A >B=CA. ELIPSOIDALES : A≠B ≠CA. PRISMOIDALES : A=B=C ^ A≠B ≠C

1. ABERTURAS LINEALESA. CIRCULARES: A = BA. ELIPTICAS : A ≠ BA. OVOIDALES: A = B є A ≠ BA. CUADRANGULARES: A=B ^ A ≠ B

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

R. ELASTICASR. ELASTOPLASTICASR. PLASTICASR. VISCOPLASTICAS

R. ISOTROPICASR. TRANSV. ISOTROPICASR. ORTOTROPICASR. ANISOTROPICAS

MATERIAL CHILE Material Continuo Homogéneo Isotrópico y Linealmente Elástico

MATERIAL DIANEMaterial DIscontinuoAnisotrópico y No Elástico

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CAMPOS DE ESFUERZOS

A: Considerando el campo de esfuerzos principalesC. UNIAXIAL : σ1≠0, σ2 =σ3=0 C. BIAXIAL : σ1≠0, σ2 ≠0 , σ3=0C. TRIAXIAL : σ1≠0, σ2 = σ3 ≠ 0

B: Considerando el Factor de Presión del Terreno ( K)C. UNIDIRECCIONAL : K=0, σH = 0, σV ≠ 0C. CON CONFINAMIENTO LATERAL: 0<K< 1, σH ≠ 0, σV ≠ 0, σV > σH

C. HIDROSTATICO : K=1, σH = σV ≠ 0, C. SUPERLITOSTÁTICO: K >1, σH ≠ 0, σV ≠ 0, σH > σV

{ }

=000

000

001

123

σσ { }

=

V

HV σσ

0

00

4

CAMPOS DE ESFUERZOS

5.01500

3.0100 +<<+

ZK

Z

νν−

=1

K

++=Z

EhK1

001.0*725.0

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

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Se tienen 2 métodos de análisis, denominados de Inestabilidad:a. Mecanismos controlados por esfuerzos y desplazamientosb. Mecanismos controlados estructuralmente

Mecanismos para el Análisis del Diseño de Túneles en Roca

A. Mecanismos controlados por esfuerzos y desplazamientos1. 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.

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Diseño de Aberturas en Roca Masiva

Diseño de Aberturas en Roca Masiva:Aberturas Circulares

Soluciones Elásticas para Túneles — Perspectiva Histórica

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8

( ) ( )( ) ( )( ) ( )( ) ( )

−++−+−+−−++=

ηηββσσ θ

211

211111222

222

Cosqq

CosqKCosqKKqV

bHaWb

aq 2,2, ===

,,22

b

a

a

bBA == ρρ

Diseño de Aberturas en Roca Masiva: Aberturas Elípticas

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10

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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 Greenspanb. Método Paramétrico de Geldartc. Método de Variables Complejas de Brock

Panek (1951), para el cálculo de concentración de es fuerzos tangenciales en la periferia de aberturas rectangulares con esquinas r edondeadas, hizo uso del Criterio de Fotoelasticidad. La siguiente tabla dá a lgunos valores determinados

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Principio de Superposición

Diseño de Aberturas en Roca Masiva:Aberturas Complejas

( ) ( )[ ]

VIV

v

IVIII

v

xyxyv

II

v

I

vv

fFyFx

fRyRx

FFRR

esquinadasposicionesPara

fKf

centralesposicionesPara

,

,

,

,

1.01

:

*

:

=

=

+++=

+

=

σσ

σσ

σσ

σσ

σσ

σσ

θ

θ

θ

θθθ

13

2

2

22

22

3,1

θθ

θθθ

σστθ

τσσσσσ

−=

+

−±+=

r

r

rrr

tg

Estabilidad de Aberturas en Roca Masiva:Aberturas Complejas

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15

16

Esfuerzo

sistenciaradiodelContorno

Re

3

2

2

4

..σ

σ

+−

=smm

SFc

1

233

..σ

σσσσ cc smSF

++=

Falla ó Debilitamiento por Tracción:

Falla ó Debilitamiento por Corte:

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DISEÑO DE EXCAVACIONES EN ROCA LAMINADA

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ANALISIS TIPO VIGA

3

4

2

4

2

22

3232,

22 Et

pL

Et

L

t

pL

t

Lmáxmáxt +=+= γδγσ

( )33

33322

311

332211211

...

...

nn

nna

tEtEtEtE

tttttE

++++++++= γγγγγ

DISEÑO DE EXCAVACIONES EN ROCA LAMINADA: ANALISIS TIPO VIGA

==

=

FS

tt

FS

ttL

FS

tcríticoesfuerzoelcomoAsí

t

L

cocienteelyrelacioneslasdoConsideran

máxmáx

máx

máx

máx

σγγ

σ

σ

τσ

22

::

3

2

:

4

3

2

32

2

2

4

L

t

L

Et

L

máx

máxt

máx

γτ

γσ

γδ

=

=

=ANALISIS TIPO PLACA

=

=

FS

tta

FS

ttL

máx

máx

σγβ

σγ

6

2

=FS

t

Cos

tL máxσ

θγ2

Placas Horizontales

Placas Inclinadas

SSF

f

f..

τ

σ=

c

c

fSF

σ=..

s

tgnf

ts

tgtnf

V

FSF

cc

*

**

**

***

2

1

2

1

..γ

φ

γ

φ===

zn

sf c

*

2*

4

1 γ=

FACTOR DE SEGURIDAD

1. Modo de Falla por Quiebramiento

2. Modo de Falla por Deslizamiento

fc: Esfuerzo de compresión máximo actuando en la vigaz: Brazo de Momento n: Sección de carga fraccionada de la viga: n=h/tt:Espesor de la vigas: Luz ó claro

−= ntz3

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DISEÑO DE EXCAVACIONES EN ROCA LAMINADA: ANALISIS TIPO DOVELA

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DISEÑO DE EXCAVACIONES EN ROCA FISURADA

Po: Carga de extrusiónS: Fuerza de soporteW: Peso del bloque

Análisis de Inestabilidad de aberturas en Roca Fracturada: Proyecciones Hemisféricas

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

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Mecanismos para el Análisis del Diseño de Túneles en Suelos: – Teorema del Colapso ó Rotura Plástica:

C. General, “Blow out” y C. Local. – Teorema de Cotas: Cota Superior y Cota

Inferior.

Estabilidad de Suelos Cohesivos y Suelos friccionales. Estabilidad de Suelos No Drenados y Drenados.