Prueba de carga en un modelo a escala real de un túnel de dovelas con revestimiento secundario

Oscar S. Aguilar Pérez, Lizbeth Mendoza R., Elías A. Tavera G., Yolanda Alberto H., Jesús Morelos R.

In the proceedings of: GEO2011: 64th Canadian Geotechnical Conference, 14th Pan-American Conference on Soil Mechanics and Geotechnical Engineering, 5th Pan-American Conference on Teaching and Learning of Geotechnical Engineering

Session: Buried Structures & Subsurface Systems

ABSTRACT: : Seeking to understand the geotechnical and structural behavior of a tunnel with secondary lining, a real scale model was conducted. The load test aimed to observe the stiffness change in the lining array and the interface between them. The model comprises two half rings and a whole ring to simulate the adjacent rings. The primary lining, the secondary lining and the interface were instrumented to measure deformations and estimate stresses. The horizontal and vertical load ratio was varied to replicate several soil conditions. As part of the results, stress-strain curves obtained for each load cycle are exposed and the stiffness variation with the secondary lining is observed. Relevant conclusions regarding precast segmental lining performance and permanent lining contribution are presented herein. 1 ANTECEDENTES Existen tres objetivos a considerar para el análisis de un túnel con escudo de presión balanceada (EPB): a) la estabilidad del frente, b) las cargas en el revestimiento y c) los asentamientos en la superficie. La ingeniería de túneles ha tenido un gran avance en las últimas décadas, desde los métodos empíricos hasta sofisticados modelos numéricos en tercera dimensión. Sin embargo, para entender patrones de deformación y mecanismos de falla es muy útil contar con modelos físicos. Para ello, se han desarrollado diversos modelos a escala en laboratorios que permiten, en condiciones controladas, estudiar el complejo proceso de la construcción de un túnel. Se han realizado pruebas en centrífuga con tubos rígidos y frentes flexibles para evaluar los esfuerzos transferidos al túnel (e.g. Kamata y Masimo, 2003), bolsas de aire presurizado para estudiar la estabilidad del frente y los asentamientos inducidos en superficie (e.g., Lee y Yoo, 2006), tuneladoras miniatura para simular el proceso completo de construcción (Nomoto et al., 1999), pruebas a escala real para estudiar el comportamiento de las juntas de anillos de dovelas (e.g. Schreyer y J., Winselmann, D., 2000), pruebas de cortante para revisar el comportamiento del acero de refuerzo en las juntas (Lu, L. et. al. 2006) y algunos otros experimentos. Existen algunas limitaciones en las pruebas realizadas en centrífuga como la inconsistencia de los factores de escala de diversas magnitudes como la longitud o la fuerza de inercia, además, las fuerzas radiales inducidas no son las mismas a lo largo de la prueba (Taylor, 1995). Dada la complejidad de la extrapolación de resultados en modelos a escala y buscando reproducir las condiciones reales de carga y deformación que experimenta el revestimiento de un túnel, se realizó un modelo a escala real que permitiera definir el comportamiento de dichas estructuras. También se decidió hacer la prueba, ya que en las NTC del RCDF (2004) no se presenta un apartado de diseño de túneles. 2 MODELO A ESCALA REAL 2.1 Objetivo de la prueba El objeto de este experimento es determinar mediante una prueba de carga a escala real de un anillo de dovelas completo y dos medios anillos de dovelas, el comportamiento estructural de un túnel diseñado con anillos de dovelas y la magnitud del esfuerzo cortante que se presenta entre el revestimiento primario y secundario al estar sometidos a cargas radiales que simulan las presiones del suelo y la presión de poro, con la finalidad de estimar el número de conectores de cortante en la interfaz de ambos revestimientos. 2.2 Características del modelo Los anillos de dovelas no trabajan de forma independiente, sino que cada anillo está acoplado, bien

RESUMEN: Para conocer el comportamiento geotécnico y estructural de un túnel de dovelas con revestimiento secundario, se realizó un modelo a escala real que permitiera observar el cambio de rigidez del conjunto dovelas con revestimiento secundario y la interfaz que se genera entre los dos revestimientos. El modelo consta de dos medios anillos y un anillo de dovelas completo para simular la participación de los anillos adyacentes. Se instrumentaron los anillos de dovelas, la interfaz y el revestimiento secundario, así como el perímetro exterior, para medir las deformaciones y obtener esfuerzos. Se varió la relación de cargas horizontales y verticales, para simular diferentes condiciones de suelo. Como parte de los resultados se muestran las gráficas de esfuerzo-deformación obtenidas para cada ciclo de carga donde se observa el cambio de rigidez con el revestimiento definitivo. Se presentan conclusiones relevantes sobre el comportamiento de las dovelas y la contribución del revestimiento secundario.

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Oscar S. Aguilar Pérez; Lizbeth Mendoza R.; Elías A. Tavera G.; Yolanda Alberto H.; Jesús Morelos R. (2011) Prueba de carga en un modelo a escala real de un túnel de dovelas con revestimiento secundario in GEO2011. Ottawa, Ontario: Canadian Geotechnical Society.

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