Azt-Informe de Tuneles_reva

ALFREDO ZEGARRA

TAMBO

REVISION ESTRUCTURAS

SECCIONES DE TUNEL EN OBRA DE DRENAJE-CORPORACION TORREBLANCA

Doc. N IT.2014-02

Rev A.

Fecha

24-03-2014

PROYECTO: REVISION DE ESTRUCTURAS

SECCIONES DE TUNEL EN OBRA DE DRENAJE-CORPORACION TORREBLANCA

REVISION ESPECIALIDAD ESTRUCTURAS

A 24-03-2014 Revision Estructuras

Emisin AZT

Rev. Fecha Pagina/Documento Descripcin Firma Departamento Aprobado

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SECCIONES DE TUNEL EN OBRA DE DRENAJE-CORPORACION

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FECHA 24-03-2014

INFORME DE REVISION DE ESTRUCTURAS DE LAS SECCIONES DE TUNEL DE LA OBRA DE DRENAJE CORPORACION TORREBLANCA

1.0 OBJETO DEL INFORME

Por encargo de la Corporacin Torreblanca, se plantea la evaluacin de un tnel de

drenaje de 810 m de longitud, de los cuales aproximadamente 200 metros estn

sostenidos con cimbras tipo herradura y 610 m con cimbras tipo bal, las dimensiones

de las cimbras son 2.35 m ancho y 2.35 m de altura.

2.0 FUENTES DE INFORMACION

Las fuentes de informacin que se han alcanzado son los siguientes:

Planos de la seccin del tnel:

Cimbra 2.35 x 2.35, Tipo Herradura

Cimbra 2.35 x 2.35 Tipo Baul, 2 Cuerpos

Cimbra 2.35 x2.35 Tipo Bal, 3 cuerpos

Registro geolgico

El registro geolgico, el cual nos muestra la predominancia de Rocas tipo IV y tipo V (Ver

Tabla N01).

El tnel tiene aproximadamente 815 cimbras instaladas con separaciones que varan

entre 0.5 m y 1.2 m., el sostenimiento con cimbras est completado en los hastiales con

madera y en la bveda con planchas acanaladas, entre la pared del tnel y la madera o

plancha acanalada se ha topeado con bolsacrets. El tnel est construido, se someter a

un anlisis para confirmar si el sostenimiento con las cimbras instaladas son

competentes o si es necesario reforzar con cimbras intermedias, considerando que el

terreno predominante del tnel est constituido por Roca tipo IV.

El tnel es parte de un sistema de drenaje y se construir un canal de concreto en su

interior aprovechando todo el ancho del tnel. A continuacin se presenta en la Tabla N

001, el registro geolgico del tnel.

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Tabla N 001. Registro Geologico del Tnel

3.0 ANALISIS ESTRUCTURAL

El anlisis de cada una de las estructuras se hizo con el programa sap2000.Se

consideraron modelos tridimensionales, suponiendo comportamiento lineal y

elstico.

Los elementos se representaron con elementos lineales.

3.01 Propiedades de los Materiales:

Los anlisis se hicieron suponiendo los siguientes parmetros

Acero de calidad A-36

Fy=2530.00 Kg/cm2

Densidad de la roca =2500 Kg/m3

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3.02 Cargas Verticales

Las cargas empleadas en el anlisis se han distribuido en 02 rubros:

3.02.01 Cargas muertas

Los pesos de los elementos se estimaron a partir de sus dimensiones reales, con

un peso especfico de 7,850 kg/m3, en el caso particular del perfil W4x13, el peso

unitario (por metro lineal), es del orden de 19.50 Kg/ml

3.02.02 Cargas vivas

A continuacin se presenta una tabla (Tabla N01), planteada por Terzaghi en la

que se indican las normas ms generales de criterio en lo referente a las cargas a

las que estan sometidos los sistemas de sostenimiento en tneles que crucen roca.

La Nomenclatura utilizada en lo que sigue es la siguiente:

B=Ancho efectivo de la excavacin del Tnel

Ht=Altura del tnel

Figura N 001. Grfico de parmetros para clculo de carga vertical en tneles.

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Tabla N001. Tneles en Roca. Criterios de Terzaghi

Estado de la Roca Carga Hp (m) Observaciones

Roca sana e Intacta Cero Ademe ligero, si hay roca explosiva

Roca sana estratificada 0 a 0.50B Cuando sea necesario ademe ligero

Roca moderadamente fisurada 0 a 0.25B Ademe ligero, si hay roca explosiva

Roca moderadamente fragmentada 0.25B a 0.35 (B+Ht) Ademe en el techo, raramente en las paredes y nunca en el piso

Roca muy fragmentada 0.35 (B+Ht) a 1.10(B+Ht) Ademe en el techo y en las paredes

Roca triturada y qumicamente intacta

1.10(B+Ht) Recomendable ademe circular

Roca que fluye plsticamente (a poca profundidad)

1.10(B+Ht) a 2.10(B+Ht) Conviene ademe circular

Roca que fluye plsticamente (a gran profundidad)

2.10(B+Ht) a 4.50(B+Ht) Conviene ademe circular

Roca expansiva Hasta 70m. independientemente del valor de (B+Ht)

Indispensable ademe circular

En el desarrollo de estas expresiones se plantean las siguientes caracterizaciones

de las rocas

Rocas trituradas

En estas rocas es tpico el efecto de arqueo, que indica la capacidad de la roca

situada sobre el techo del tnel para trasmitir la presin debido a su peso a las

masas colocadas a los lados del mismo, este efecto es similar al arqueo de arenas.

A continuacin se muestra esquemticamente la masa de roca afectada por el

fenmeno:

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Figura N 002. Grfico de masa afectada en tneles.

En la tabla siguiente, se indican los valores mximos y mnimos de laaltura de

carga Hp, es de mencionar, que de acuerdo a la experiencia de los autores los

valores reales suelen acercarse ms a los mnimos que a los mximos dados por la

tabla siguiente:

Tabla N002. Tneles en Roca Triturada

Roca totalmente triturada, Carga Hp (m)

Compacta Mn: 0.27(B+Hp) Max: 0.60(B+Ht)

Roca sana estratificada Mn: 0.47(B+Ht) Max: 0.60(B+Ht)

Rocas fragmentadas

Por el trmino roca fragmentada se indica una roca que, por su gran cantidad de

juntas, grietas y fisuras forma bloques independientes entre los que prcticamente

no existe interaccin. El comportamiento mecnico de estas formaciones se parece

al de las arenas compactas de grano grueso.

Este tipo de formacin la asociamos al tipo de Roca IV y/o V que se ha encontrado

en la Obra.

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Tabla N002. Tneles en Roca Fragmentada

Roca fragmentada Carga Hp (m)

Moderadamente agrietada Inicial: 0.27(B+Hp) Final: 0.60(B+Ht)

Muy agrietada Mn: 0.47(B+Ht) Max: 0.60(B+Ht)

Como se observa, circunscribiremos nuestro anlisis a las formulaciones

empleadas en el caso de las rocas fragmentadas (condicin ms adversa).

Cargas verticales:

La carga en el caso ms desfavorable ser

Hp=1.10*(B+Ht)

Hp=1.10*(2.35m.+2.35m.)

Hp=5.17 m.

Considerando:

Densidad de la roca: =2500 Kg/m3

Luego la presin ejercida ser de

Pv=Hp

Pv=2500*5.17

Pv= 12925 Kg/m2

Para el caso en evaluacin iniciaremos los anlisis con un espaciamiento de 0.40

m. entre cimbras

La carga sera Pva=0.40*Pv=5170 Kg/ml

Cargas horizontales:

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La presin media sobre las paredes del tnel pueden estimarse aplicando las

teoras de presin de tierras en arenas segn:

Ph=Kae (0.50Ht+Hp)

Donde:

Ph= Presion Horizontal (Kg/m2)

Para evaluar lel coeficiente de Empuje Kae, emplearemos formulaciones basadas

en la caracterizacin o clasificacin de Beniawiski, sobre la base del cuadro

geolgico alcanzado y descrito en la Tabla N 001 del presente Informe. Para ello

utilizaremos el siguiente cuadro de clasificacin:

Consideraremos un RMR del orden de 7, y luego estimando la friccin y la

cohesin de acuerdo a criterios utilizados con este fin, tendremos:

Cohesin=0.50 RMR =0.20 Kg/cm2

Angulo de friccin=5+RMR/2=8.50

Luego calculando el Kae (equivalente):

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Resulta un Kae del orden de 0.30, luego aplicando la expresin de cargas laterales

tendremos:

Ph=0.30 (0.50Ht+Hp)

Ph=0.30*2.50*(0.50*2.35+5.17)=4758.75Kg/m

Para 0.40 m., tendremos una carga neta de:

Pha=4754*0.40

Pha=1903.50 Kg/m

Rocas fragmentadas (tipo III)

En este caso tendremos que la altura de carga (Hp), es la siguientes

Estado de la Roca Carga Hp (m)

Roca moderadamente fragmentada

0.25B a 0.35 (B+Ht)

Cargas verticales:

La carga en el caso ms desfavorable ser

Hp=0.35*(B+Ht)

Hp=0.35*(2.35m.+2.35m.)

Hp=1.645 m.

Considerando:

Densidad de la roca: =2500 Kg/m3

Luego la presin ejercida ser de

Pv=Hp

Pv=2500*1.645

Pv= 4112.50 Kg/m2

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4.0 ANALISIS ESTRUCTURAL

A continuacin se presenta el modelo estructural empleado en la seccin tipo

bal, el cual ser evaluado para diferentes espaciamientos entre ellos, con el fin de

evaluar la capacidad de la estructura.

Los espaciamientos y cargas obtenidas segn el procedimiento detallado en el Item

3.02 del Informe han sido utilizados para elaborar el siguiente cuadro de cargas:

Espaciamento (m.) Carga Vertical (Kg/ml)

Carga Horizontal (Kg/ml)

0.40 5170 1901.60

0.60 7755 2852.40

0.70 9047.50 3327.80

0.80 10340 3803.20

A continuacin se presentan los anlisis realizados.

4.10 ANALISIS DE SECCION TIPO BAUL

Separacion de cimbras: t=0.40

Figura N 003, Modelo Estructural seccin bal

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Diagrama de sobrecargas

Figura N 004, Diagrama de cargas vivas

Resultados del Anlisis

A continuacin mostramos el diagrama de momentos flectores, producto del

anlisis estructural

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Figura N 005, Diagrama de momentos producido por las cargas

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4.20 ANALISIS DE SECCION CIMBRA TIPO HERRADURA

Figura N 012, Modelo Estructural seccin herradura

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Diagrama de cargas:


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Figura N 014, Diagrama de momentos, cargas vivas

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Figura N 016, Diagrama de momentos, cargas vivas

Combinaciones de Carga para la revisin del diseo de las cimbras.

La verificacin de la capacidad de los elementos de acero se bas en un procedimiento de

cargas factoradas, conforme al Reglamento del AISC y la Norma peruana de Estructuras

E.090

Las combinaciones utilizadas para la verificacin fueron las siguientes:

U = 1.4 D

U = 1.20D + 1.60L

En estas expresiones D denota cargas permanentes, L se refiere a los efectos de carga

viva en su ubicacin ms crtica.

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Luego de realizar los anlisis y diseos respectivos, se obtienen los ratios

demanda/capacidad del perfil utilizado W4x13, si el valor es menor a la unidad se

considera que el valor de diseo cumple con los requerimientos mnimos normativos

Seguidamente se muestran los resultados grficamente, en los cuales se indican los

ratios de diseo.

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SECCION BAUL


Figura N 017, Ratios de Diseo, espaciamiento entre cimbras de 0.40 m.

Como se observa los valores son menores a la unidad por lo que los encontramos

Conformes.

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Como se observa para la separacin de cimbras de 0.70m, lo valores de los ratios

son prximos a la unidad por lo que consideramos que es el lmite de

espaciamiento seguro de los perfiles W4x13, calidad A-36.

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Verificamos que para la separacin de cimbras de 0.80 m, lo valores de los ratios

son sensiblemente mayores a la unidad.

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Como se observa para la separacin de cimbras de 0.60 m, lo valores de los ratios

estn son prximos a la unidad por lo que consideramos que es el lmite de

espaciamiento seguro de los perfiles W4x13, calidad A-36.

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5.00 CONCLUSIONES

Se ha evaluado desde el punto de vista estructural la capacidad de la cimbras para las

cargas aplicadas sobre ellas, considerando las teoras ms aceptadas de la mecnica de

rocas y suelos.

La altura contribuyente del macizo rocoso se ha estimado en 5.17 m. de potencia (Hp),

en el caso de las rocas tipo IV y V encontradas en el tnel en estudio.

Rocas tipo IV y V

Cimbra tipo BAUL

Para las condiciones indicadas por lo propietarios, y hasta una separacin de

cimbras de 0.70 metros,el cociente demanda/capacidad para las cimbras W4x13,

cumple los requerimientos normativos.

Cimbra tipo HERRADURA

Para las condiciones indicadas por lo propietarios, y hasta una separacin de

cimbras de 0.60 metros en roca tipo IV, el cociente demanda/capacidad para las

cimbras W4x13, cumple los requerimientos normativos.

Como consecuencia considero que la estructura es estable, en las tipologas construidas,

es decir tipo bal y herradura, sin embargo, es preciso sealar que estos resultados

deben ser corregidos por las condiciones reales del terreno que no incorpora el modelo de

clculo.

Roca tipo III

Se realiz un anlisis similar al presentado en el Informe para el caso de roca tipo III,

encontrndose que el espaciamiento seguro entre cimbras tipo W4x13 es de 2.00 m.

como mximo para ambos casos (Tipo Bal y Herradura), situacin que debera ser

verificada in situ por el gelogo especialista en mecnica de rocas.

Atentamente,

Alfredo Zegarra Tambo

CIP 58647

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