Simulación de procedimientos constructivos en 2D

Dr. Alejo O. Sfriso Universidad de Buenos Aires SRK Consulting (Argentina) AOSA

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Simulación NATM 2D

Uso de modelos 2D para procedimientos constructivos de túneles Los modelos 2D permiten determinar • Solicitaciones en sostenimiento primario y revestimiento definitivo • Deformaciones en el terreno • Impacto sobre estructuras vecinas No son útiles para evaluar estabilidad del frente

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1

Estado inicial

Simulación NATM 2D

Estado inicial: tensiones en el terreno previas a la excavación

A

A

A B

B

B

3

Simulación NATM 2D

Abatimiento de napa

Estado inicial: tensiones en el terreno previas a la excavación Abatimiento napa: cambian las tensiones efectivas

A

A

A B

B

B

4

2

Simulación NATM 2D

Excavación hastial izquierdo

Estado inicial: tensiones en el terreno previas a la excavación Abatimiento napa: cambian las tensiones efectivas Excavación hastial izquierdo: longitud infinita, el suelo se auto-soporta

A

A

A B

B

B

5

Simulación NATM 2D

Hormigonado hastial izquierdo

Estado inicial: tensiones en el terreno previas a la excavación Abatimiento napa: cambian las tensiones efectivas Excavación hastial izquierdo: longitud infinita Hormigonado hastial izquierdo: longitud infinita, el hastial no tiene cargas en esta etapa A

A

A B

B

B

6

3

Simulación NATM 2D

Excavación hastial derecho

Estado inicial: tensiones en el terreno previas a la excavación Abatimiento napa: cambian las tensiones efectivas Excavación hastial izquierdo: longitud infinita Hormigonado hastial izquierdo: longitud infinita Excavación hastial derecho: el hastial izquierdo toma mínimas cargas porque es el elemento más rígido A

A

A B

B

B

7

Simulación NATM 2D

Hormigonado hastial derecho

Estado inicial – Abatimiento – Exc. hastial izquierdo – Hormigonado Excavación hastial derecho: el hastial izquierdo toma mínimas cargas porque es el elemento más rígido Hormigonado hastial derecho: no tiene carga en esta etapa A

A

A B

B

B

8

4

Simulación NATM 2D

Excavación de bóveda ( = 0.50)

Estado inicial – Abatimiento – Exc. hastial izquierdo – Hormigonado – Exc. hastial derecho – Hormigonado Excavación de bóveda: longitud limitada, simulada por un coeficiente de reducción = 0.50 (calibrado con modelo 3D)

A

A

A B

B

B

9

Simulación NATM 2D

Hormigón proyectado en bóveda

Estado inicial – Abatimiento – Exc. hastial izquierdo – Hormigonado – Exc. hastial derecho – Hormigonado Excavación de bóveda: = 0.50 Hormigón proyectado de bóveda: aparecen cargas porque debe equilibrarse el = 0.50 faltante de la etapa anterior A

10

Momento

A

A B

B

B

Normal

5

Simulación NATM 2D

Excavación en banco

Estado inicial – Abatimiento – Exc. hastial izquierdo – Hormigonado – Exc. hastial derecho – Hormigonado – Exc. bóveda – Hormigón proyectado Excavación en banco: si las fundaciones de los hastiales son robustas, el modelo “rebota” porque la excavación del banco es una remoción de carga de la malla A

A

A B

B

B

11

Simulación NATM 2D

Hormigón de 2da etapa y solera

Estado inicial – Abatimiento – Exc. hastial izquierdo – Hormigonado – Exc. hastial derecho – Hormigonado – Exc. bóveda – Hormigón proyectado – Exc. banco Hormigón de segunda etapa y solera: cambia la rigidez, cambian las solicitaciones (se desactiva placa con = 0.99, se cambia rigidez y se activa con = 0.00) A

12

Momento

A

A B

B

B

Normal

6

Simulación NATM 2D

Segundo túnel

Estado inicial – Abatimiento – Exc. hastial izquierdo – Hormigonado – Exc. hastial derecho – Hormigonado – Exc. bóveda – Hormigón proyectado – Exc. banco – 2da etapa El segundo túnel se modeló en una única etapa: el modelo “rebota” y ¡queda un túnel más grande que el otro! A

A

A B

B

B

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Simulación NATM 2D

Restitución de napa

Estado inicial – Abatimiento – Exc. hastial izquierdo – Hormigonado – Exc. hastial derecho – Hormigonado – Exc. bóveda – Hormigón proyectado – Exc. banco – 2da etapa – Segundo túnel La restitución de la napa produce un rebote elástico del terreno y las primeras solicitaciones en la solera A

A

A B

B

B

14

7

Simulación NATM 2D

Influencia del método constructivo sobre el diseño La carga se concentra en • Elementos estructurales más rígidos • Elementos estructurales que se instalan primero

15

Asentamientos (primer uso de Plaxis y HSM en túneles en Buenos Aires, 1997)

Simulación NATM 2D

Uy [m] 0.000

Superficie Excavación de bóveda

-1.00E-03

-2.00E-03

Excavación de hastial

-3.00E-03

Excavación de banco

-4.00E-03

-5.00E-03

-6.00E-03

-7.00E-03 0

= 5.8 =105.0

Bóveda 20

30

40

50

Paso de calculo

16

8

Simulación NATM 2D

Modelos 2D para túneles de ojivas

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• Desplazamientos • Solicitaciones estructurales • Modos de falla (2D) • Seguridad frente

Estructura

Terreno

Simulación NATM 2D

La estabilidad del frente

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Con modelos 2D sólo se analiza la sección transversal Debe efectuarse la evaluación de la “seguridad” del frente • Fórmulas empíricas • Modelos analíticos • Modelos 3D

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