Influencia de concretos de relleno para sobre excavaciones en el diseño estructural del revestimiento final en túneles
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Date
2022
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Publisher
Pontificia Universidad Javeriana Cali
Abstract
Colombia es un país con grandes retos de infraestructura con miras al desarrollo sostenible, en función de la competitividad de todos los sectores de la economía. Es por ello que cada vez se requiere mejorar la infraestructura vial; debido a su geografía con la presencia de tres ramales de la cordillera de los Andes, este no es un reto menor desde los impactos ambientales y geotécnicos, convirtiendo el uso de túneles y viaductos en una de las mejores opciones tanto técnicas como ambientales. Los túneles son construidos usualmente con perforación y voladuras, debido a la alta heterogeneidad geológica de las cadenas montañosas presentes. En estas operaciones suelen presentarse sobre excavaciones, las cuales son rellenadas en obra con concretos hidráulicos convencionales sin dimensionar los efectos que estos rellenos puedan traer sobre el revestimiento final. En este trabajo se evaluó el efecto que diferentes técnicas de relleno de oquedades derivadas de la sobre excavación pueden tener en el diseño de la estructura de revestimiento final de un túnel, cuando es construido con el Nuevo Método Austriaco (NATM). Se desarrolló un análisis paramétrico incluyendo las variables de mayor incidencia en el diseño del revestimiento final. Las variables involucradas fueron las características del macizo rocoso en función del índice de resistencia geológico (GSI), la localización, área y forma de las sobre excavaciones, dos tipos de rellenos diferentes (concreto convencional y ligero). Estos modelos paramétricos fueron resumidos en cuatro cartas que pueden ser útiles en condiciones de diseño. A partir del análisis paramétrico, se comparó con el diseño previsto del revestimiento en un túnel real con la misma sección, esta comparación fue efectuada en función de la relación capacidad demanda (CDR), para ver el efecto sobre la necesidad de refuerzo adicional. Finalmente, los resultados mostraron que se comporta mejor el relleno con concreto ligero con relación al convencional. Palabras clave: concreto ligero; índice de resistencia geológico; diagrama de momento y de cortante.
Description
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Colombia faces significant infrastructure challenges in its pursuit of sustainable development and economic competitiveness, particularly in improving road infrastructure to overcome the complexities of its geography, characterized by three branches of the Andes mountain range. These conditions necessitate innovative technical and environmental solutions, such as the construction of tunnels and viaducts. Tunnels are typically built using drilling and blasting methods due to the high geological heterogeneity of the mountain ranges, often resulting in over-excavations filled on-site with conventional hydraulic concrete, without fully considering the impact on the final lining. This study evaluates the effects of various techniques for filling cavities caused by over-excavations on the design of the final tunnel lining structure when employing the New Austrian Tunneling Method (NATM). A parametric analysis was conducted, considering key variables such as the geological strength index (GSI) of the rock mass, the location, area, and shape of over-excavations, and the use of two filler types (conventional and lightweight concrete). The findings, summarized in four design charts, were applied to a real tunnel section by comparing the planned design with the capacity demand ratio (CDR) to determine the need for additional reinforcement. The results revealed that lightweight concrete offers superior performance compared to conventional concrete. Key words: lightweight concrete; geological strength index; moment and shear.
Keywords
Hormigón ligero, Índice de resistencia geológica, Método austriaco de construcción de túneles, Lightweight concrete, Geological strength index, New austrian tunneling method