Límites de servicio para túneles dovelados

construidos en suelos blandos

M.I.A. Franco Antonio Carpio Santamaria

Túneles dovelados

Túnel de drenaje

(CONAGUA)

Línea de metro(Secretaría de Obras Publicas CDMX)

Túnel carretero

(SCT)

Procedimiento constructivo

(www.cat-bus.com)

Túneles dovelados

Túneles dovelados

Clave

Hastial

izquierdo

Junta entre

anillos

Cubeta

Hastial

derecho

Dovela

Junta entre

dovelas

Convención para la dirección de fuerzas

Radial

Longitudinal

Circunferencial

Fuerza longitudinal

Fuerza radial

Desplazamiento radial

Fuerza circunferencial

Momento circunferencial

Junta entre dovelas

Estados de la junta

Dovela A

Dovela B

Junta abierta

P

M

Dovela A

Dovela B

Junta cerrada

P

Presiones del suelo sobre el túnel

Junta entre dovelas

Estados de la junta

Dovela A

Dovela B

Junta abierta

P

M

Dovela A

Dovela B

Junta cerrada

P

Relación momento – rotación de Gladwell

Aperture

Aperture

0

50000000

100000000

150000000

200000000

250000000

300000000

350000000

400000000

450000000

500000000

0 0.01

1.0P

0.5P

M

ϕ

Junta entre anillos

Anillos sin acoplar Anillo acoplado Interacción

Anillo 1

ΔU

Anillo 2

Empaque

Anillo 1

Anillo 2

Empaque

Anillo 1

Anillo 2

Empaque

τ

Engranamiento

y Fricción

PL

PL: Fuerza longitudinal

ΔU: Desplazamiento

τ: Esfuerzo tangencial

PL

Junta entre anillos

Relación fuerza tangencial - desplazamiento y su idealización

(Cavalaro, 2009)

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

0 300 600 900 1200 1500

Bituminous

Ruber

Idealized

PT

ΔU

Betuminoso

Caucho

Idealizado

Efectos de acoplamiento

sin acoplar acoplado

Carpio F. y Peña F. (2019). Influence of joints on structural behaviour of segmental tunnels built

in soft soil. Proceedings of Congress on Numerical Methods, Guimarães, Portugal

Deformaciones en túneles

Dmín

Dmáx

ΔR

Centro

Ro

ΔD

Do

Deformación radial (δR) Deformación diametral (δD) Distorsión (γ)

δR=ΔR

Ro δD=

ΔD

Do

Recomendaciones para deformaciones

En la práctica se utilizan comúnmente dos recomendaciones para

limitar las deformaciones de túneles construidos en suelos blandos:

Se recomienda limitar la deformación diametral en túneles

flexibles a 0.5%*

Se propone un intervalo para la deformación radial entre 0.25 y

0.75%**

*Peck (1969) y German Tunnelling Committee (DAUB, 2013)

**Schmidt (1984) y La Sociedad Británica de Túneles (BTS, 2004)

Refuerzo por deformaciones excesivas

(Peña et al., 2015)

Filtración por las juntas

(Long et al., 2014)

Filtración por las grietas

(Hakimi et al., 2015)

Problemas de los túneles dovelados

Objetivo

El objetivo principal de esta investigación es

establecer un criterio para deformaciones de

servicio para túneles dovelados (recubrimiento

único) construidos en suelos blandos,

considerando el comportamiento estructural.

Metodología

Determinar el Estado Límite

de Servicio

Desarrollar Análisis

Paramétricos

Proponer Límites de

Servicio para deformación

Validación

Primera etapa

Determinar el Estado Límite

de Servicio

Desarrollar Análisis

Paramétricos

Proponer Límites de

Servicio para deformación

Validación

Estados límite

ELS ELU

Comportamiento Lineal No lineal

Junta Cerrada Abierta Pérdida de estanqueidad FPA / PDE

Dovela Sin daño Grieta inicial Crecimiento de grieta FFC

Límite

Comportamiento Lineal No lineal

Junta Cerrada Grieta inicial Pérdida de estanqueidad / FPA

Dovela Sin daño

Límite

ELS / ELU

ELU: Estado límite último

ELS: Estado límite de servicio

FFC: Falla por flexo-compresión

FPA: Falla por aplastamiento

PDE: Pérdida de estabilidadDominio de la compresión

Dominio de la flexiónELS ELU

Comportamiento Lineal No lineal

Junta Cerrada Abierta Pérdida de estanqueidad FPA / PDE

Dovela Sin daño Grieta inicial Crecimiento de grieta FFC

Límite

Comportamiento Lineal No lineal

Junta Cerrada Grieta inicial Pérdida de estanqueidad / FPA

Dovela Sin daño

Límite

ELS / ELU

ELU: Estado límite último

ELS: Estado límite de servicio

FFC: Falla por flexo-compresión

FPA: Falla por aplastamiento

PDE: Pérdida de estabilidadDominio de la compresión

Dominio de la flexión

Límites para ancho de grietasRelación ancho de grieta-carga lateral

(Gong et al., 2017)

0

100

200

300

400

500

600

700

800

0.0 1.0 2.0 3.0 4.0

Carg

a (

kN

)

Ancho de grieta (mm)

SJ3

Límite de servicio

Este límite previene un crecimiento crítico de las grietas (Gong et al., 2017)

Límites para apertura de juntas

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

1.4

1.6

1.8

2.0

0 4 8 12 16

Presió

n d

e f

iltr

asió

n p

rom

edio

(M

Pa)

Apertura de junta (mm)

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

1.4

1.6

1.8

2.0

0 15 30 45 60 75 90

Presió

n d

e f

iltr

asió

n (

MP

a)

Apertura en intradós (mm)

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

1.4

1.6

1.8

2.0

-12 -10 -8 -6 -4 -2 0

Presió

n d

e f

iltr

asió

n (

MP

a)

Apertura en extradós (mm)

Apertura por separación Apertura por rotación positiva Apertura por rotación negativa

Esta medida fue propuesta para evitar la pérdida de

estanqueidad en el túnel (Ding et al., 2017; Gong et al 2019).

Relación presión de estanqueidad – apertura de la junta

(Gong et al., 2019)

Límites por falla local en la junta

0.0

1.0

2.0

3.0

4.0

5.0

6.0

7.0

0 0.002 0.004 0.006 0.008

Mom

en

to

(T-m

)

Rotación (rad)

Excentricidad

de 3.0 cm

Relación momento – rotación

(Peña et al. 2012)

0.0

1.0

2.0

3.0

4.0

5.0

6.0

7.0

8.0

0 0.002 0.004 0.006 0.008

Mom

en

to

(T-m

)

Rotación (rad)

Excentricidad

de 6.0 cm0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

1.4

1.6

1.8

0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12

Mom

en

to

(T-m

)

Rotación (rad)

Excentricidad

de 9 cm

Excentricidad de 3 cm Excentricidad de 6 cm Excentricidad de 9 cm

Esta condición se pensó para prevenir en el túnel una falla local de las juntas

(Peña et al., 2012) y una pérdida del confinamiento en el sistema de sellado

(Shalabi et al., 2012).

Definición de la deformación de servicio

Fluencia en la junta

Apertura máxima de la junta de 4.5 mm*

Ancho de grieta máximo de 0.5 mm*

*: Para túneles con Di de 12 mRelación de presión radial - distorsión

0.00

0.50

1.00

1.50

2.00

0.0% 0.5% 1.0% 1.5% 2.0% 2.5% 3.0% 3.5%

Presió

n r

adia

l (M

Pa)

Distorsión (% )

K=0.8

K=0.9

K=0.5

K=0.7

0.00

0.10

0.20

0.30

0.40

0.50

0.0% 0.5% 1.0% 1.5% 2.0% 2.5% 3.0% 3.5%P

resió

n r

adia

l (M

Pa)

Distorsión (% )

K=0.8

K=0.9

K=0.5

K=0.7

Carpio et al. (2020). Evaluation of traditional deformation limits for RC segmental tunnels built in

soft soils. Proceedings of the Institution of Civil Engineers – Structures and Buildings

Segunda etapa

Determinar el Estado Límite

de Servicio

Desarrollar Análisis

Paramétricos

Proponer Límites de

Servicio para deformación

Validación

Análisis paramétricos Diámetro interno (Di)

Relación de presiones (K)

Relación de esbeltez (η)

Propiedades mecánicas del concreto (E, fc y ft)

Cuantía de acero (ρ)

Ancho relativo de la junta (ψ)

K = Pv / Ph

e

Di

η=Di / e ψ = aj / e

HP = (K)VP HP

VP

VPPv

Ph

Dovela B

Dovela AJunta

e

aj

Modelo numérico

Etapas de carga

1.-Carga axial longitudinal

2.-Carga radial no uniforme (K)

Carpio et al. (2019). Recommended deformation limits for the structural design of

segmental tunnels built in soft soil. Tunnelling and Underground Space Technology

Distribución de presiones radiales

Ph = K (Pv)

Pv

PRφ=90°

φ=180°

PR = PRU + PRNU

φ

PRU PRNU = (Pv - Ph) Seno (φ)

PR: Presión radial

PRU: Presión radial uniforme

PRNU: Presión radial no uniforme

Pv: Presión vertical

Ph: Presión horizontal

φ: Ángulo (grados)

Influencia de la relación de presiones (K)

K=0.5 K=0.6 K=0.7

Mapas de agrietamiento

K=0.8 K=0.9

Influencia de la relación de presiones (K)Relación presión radial - distorsión

0.00

0.50

1.00

1.50

2.00

0.0% 0.5% 1.0% 1.5% 2.0% 2.5% 3.0% 3.5%

Pre

sió

n r

ad

ial

(MP

a)

Distorsión (%)

K=0.8K=0.9K=0.5K=0.6K=0.7

0.00

0.10

0.20

0.30

0.40

0.50

0.0% 0.5% 1.0% 1.5% 2.0% 2.5%P

resi

ón

ra

dia

l (M

Pa

)

Distorsión (%)

K=0.8K=0.9K=0.5K=0.6K=0.7

0.00

0.50

1.00

1.50

2.00

2.50

0.0%0.5%1.0%1.5%2.0%2.5%3.0%3.5%

Presió

n r

adia

l (M

Pa)

Distorsión (% )

K=0.5K=0.6K=0.7K=0.8K=0.9Deformación de servicio

0.00

0.50

1.00

1.50

2.00

2.50

0.0%0.5%1.0%1.5%2.0%2.5%3.0%3.5%

Presió

n r

adia

l (M

Pa)

Distorsión (% )

K=0.5K=0.6K=0.7K=0.8K=0.9Deformación de servicio

Influencia de la relación de presiones (K)

0.00%

0.20%

0.40%

0.60%

0.80%

1.00%

1.20%

1.40%

0.5 0.6 0.7 0.8 0.9

Dis

torsió

n (

%)

Relación de presiones

Distorsión de servicio en el dominio de K

Influencia del diámetro (Di) y el número de juntas (nj)Mapas de agrietamiento

Di=6.0 m con nj=7 Di=12.0 m con nj=9

K=0.5

Di=6.0 m con nj=7 Di=12.0 m con nj=9

K=0.9

Distorsión de servicio en el dominio de K

Influencia del diámetro (Di) y el número de juntas (nj)

0.00%

0.25%

0.50%

0.75%

1.00%

1.25%

1.50%

1.75%

2.00%

0.5 0.6 0.7 0.8 0.9

Dis

tors

ión

(%

)

Relación de presiones

S20

M20

B20

0.50%

0.75%

1.00%

1.25%

1.50%

0.5 0.6 0.7 0.8 0.9

Dis

tors

ión

(%

)

Relación de presiones

S20

M20

B20

Di=6.0 m con nj=7

Di=9.0 m con nj=8

Di=12.0 m con nj=9

Influencia de la relación de esbeltez (η)Mapas de agrietamiento

η=14 η=32

K=0.8

Influencia de la relación de esbeltez (η)Relación presión radial - distorsión

Relación de presiones de 0.80.00

0.50

1.00

1.50

2.00

0.0% 0.5% 1.0% 1.5% 2.0% 2.5% 3.0% 3.5%

Pre

sió

n r

ad

ial

(MP

a)

Distorsión (%)

η=20

η=32

η=14

η=26

0.00

0.10

0.20

0.30

0.40

0.50

0.0% 0.5% 1.0% 1.5% 2.0% 2.5%P

resi

ón

ra

dia

l (M

Pa

)

Distorsión (%)

η=20

η=32

η=14

η=26

0.00

0.50

1.00

1.50

2.00

2.50

0.0%0.5%1.0%1.5%2.0%2.5%3.0%3.5%

Presió

n r

adia

l (M

Pa)

Distorsión (% )

K=0.5K=0.6K=0.7K=0.8K=0.9Deformación de servicio

0.00

0.50

1.00

1.50

2.00

2.50

0.0%0.5%1.0%1.5%2.0%2.5%3.0%3.5%

Presió

n r

adia

l (M

Pa)

Distorsión (% )

K=0.5K=0.6K=0.7K=0.8K=0.9Deformación de servicio

Influencia de la relación de esbeltez (η)Distorsión de servicio en el dominio de η

0.00%

0.25%

0.50%

0.75%

1.00%

1.25%

1.50%

1.75%

2.00%

14 17 20 23 26 29 32

Dis

tors

ión

(%

)

Relación de esbeltez

K=0.5K=0.6K=0.7K=0.8K=0.9

0.50%

0.75%

1.00%

1.25%

1.50%

14 17 20 23 26 29 32

Dis

tors

ión

(%

)

Relación de esbeltez

K=0.5

K=0.6

K=0.7

K=0.8

K=0.9

Influencia del ancho relativo de la junta (ψ)Distorsión de servicio en el dominio de ψ

0.00%

0.25%

0.50%

0.75%

1.00%

1.25%

1.50%

1.75%

2.00%

0.40 0.45 0.50 0.55 0.60

Dis

torsi

ón

(%

)

Ancho relativo de la junta

K=0.5

K=0.6

K=0.7

K=0.8

K=0.9

0.50%

0.75%

1.00%

1.25%

1.50%

0.40 0.45 0.50 0.55 0.60

Dis

tors

ión

(%

)

Ancho relativo de la junta

K=0.5

K=0.6

K=0.7

K=0.8

K=0.9

Influencia de las propiedades mecánicas del concreto (E, fc y ft)

Distorsión de servicio en el dominio de fc

0.00%

0.25%

0.50%

0.75%

1.00%

1.25%

1.50%

1.75%

2.00%

25 30 35 40 45 50 55

Dis

tors

ión

(%

)

fc (MPa)

K=0.5

K=0.6

K=0.7

K=0.8

K=0.9

0.50%

0.75%

1.00%

1.25%

1.50%

25 30 35 40 45 50 55

Dis

tors

ión

(%

)

fc (MPa)

K=0.5K=0.6K=0.7K=0.8K=0.9

Influencia de la cuantía de acero (ρ)Distorsión de servicio en el dominio de ρ

0.00%

0.25%

0.50%

0.75%

1.00%

1.25%

1.50%

1.75%

2.00%

0.00% 0.50% 1.00% 1.50% 2.00%

Dis

tors

ión

(%

)

Cuantía de acero (%)

K=0.5

K=0.6

K=0.7

K=0.8

K=0.9

0.25%

0.50%

0.75%

1.00%

1.25%

1.50%

0.00% 0.50% 1.00% 1.50% 2.00%D

isto

rsió

n (

%)

Cuantía de acero (%)

K=0.5

K=0.6

K=0.7

K=0.8

K=0.9

Aprendizaje de los análisis paramétricos

Las deformaciones de servicio son afectadas principalmente por:

- La relación de presiones (cambio máximo de 301%)

- La relación de esbeltez (cambio máximo de 174%)

- La cuantía de acero (cambio máximo de 235%)

La influencia del refuerzo se reduce (cambio máximo de 40%) en cuantías

superiores de 0.5%

Las propiedades mecánicas del concreto afecta la distorsión de servicio hasta 30%

El ancho relativo de la junta puede reducir la deformación de servicio hasta 17%

El diámetro y el número de juntas tiene una influencia despreciable

Tercera etapa

Determinar el Estado Límite

de Servicio

Desarrollar Análisis

Paramétricos

Proponer Límites de

Servicio para deformación

Validación

Criterios para determinar los límites de servicio

Se tomaron las deformaciones de servicio de los túneles con concreto con fc de

35 y 55 MPa

Se separaron las deformaciones de servicio de los túneles con refuerzo a flexo-

compresión (ρ≥0.5%) y sin refuerzo (ρ<0.5%)

Se consideraron las deformaciones de servicio críticas (mínimas) de cada

relación de esbeltez y relación de presiones del suelo

Se aplicó el factor de reducción de 0.9 sobre las deformaciones de servicio para

tomar en cuenta la influencia del ancho relativo de la junta

Se definieron límites basados en las deformaciones de servicio bajo un enfoque

práctico. Para ello, se consideró como diferencia admisible entre 5% y -10% del

límite y su respectiva deformación de servicio en el dominio de la relación de

esbeltez

Se eliminaron los cambios de tendencia aislados (picos) en el dominio de la

relación de presiones

Límites de servicio

Túneles con refuerzo Túneles sin refuerzo

Límite de distorsión

0.00%

0.25%

0.50%

0.75%

1.00%

1.25%

1.50%

14 17 20 23 26 29 32D

isto

rsió

n (

%)

Relación de esbeltez

0.00%

0.25%

0.50%

0.75%

1.00%

1.25%

1.50%

14 17 20 23 26 29 32

Dis

tors

ión

(%

)

Relación de esbeltez

0.00%

0.25%

0.50%

0.75%

1.00%

1.25%

1.50%

14172023262932

Dis

tors

ión

(%

)

Relación de esbeltez

LS K=0.5 LS K=0.6

LS K=0.7 LS K=0.8

LS K=0.9

Cuarta etapa

Determinar el Estado Límite

de Servicio

Desarrollar Análisis

Paramétricos

Proponer Límites de

Servicio para deformación

Validación

-Influencia de la distribución de presiones reales

-Influencia de la posición de la junta

Dovela llave

Junta continua-90° j 90°

Clave 90°

Cubeta -90°

Distribución de presiones:

Einstein y Schwartz modificada* y Radial simétrica

-0.40

-0.30

-0.20

-0.10

0.00

0.10

0 90 180 270 360

Pre

sión

(M

Pa)

θ ( )

-0.40

-0.30

-0.20

-0.10

0.00

0.10

0 90 180 270 360

Pre

sión

(M

Pa)

θ ( )

σr EySτrθ EySσr Simétrica

Validación de los límites

*Pérez, M. (2013). Distribución de esfuerzos y desplazamientos alrededor de un túnel circular y en su revestimiento.

Tesis de maestría, Programa de Maestría y Doctorado en Ingeniería, Universidad Nacional Autónoma de México

Ec: Módulo de elasticidad del concreto

Es: Módulo de elasticidad del suelo

ho: Profundidad del centro del túnel

NTN: Nivel de terreno natural

NAF: Nivel de Aguas freáticas

Ko: Coeficiente de presión de tierras en reposo

γs: Peso del suelo

νs: Coeficiente de Poisson

NTN NTN NTN

NAF

NAF NAF

NTN

NAF

NTN

NAF

h₀

r₀

CASO 1 CASO 2 CASO 3

CASO 5CASO 4

h₀

r₀ r₀

r₀r₀

h₀ h₀

h₀

Yѕ=15 kN/m³Eѕ=350 kPaVѕ= 0.30K₀= 0.36NAF = -50m

Yѕ=15 kN/m³Eѕ=350 kPaVѕ= 0.30K₀= 0.29NAF = -50m

Yѕ=15 kN/m³Eѕ=5,000 kPaVѕ= 0.50K₀= 0.50NAF = -1m

Yѕ=15 kN/m³Eѕ=5,000 kPaVѕ= 0.50K₀= 0.50NAF = -1m

Yѕ=15 kN/m³Eѕ=5,000 kPaVѕ= 0.50K₀= 0.40NAF = -1m

h₀= 14.50 mr₀ = 6.60 mEc = 26,031 MPa

h₀= 13.00 mr₀ = 6.60 mEc = 26,031 MPa

h₀= -40.00 mr₀ = 6.60 mEc = 26,031 MPa

h₀= -75.00 mr₀ = 6.60 mEc = 26,031 MPa

h₀= -20.00 mr₀ = 6.60 mEc = 26,031 MPa

Influencia de la distribución de presiones reales

Límites y distorsiones de servicio

0.00%

0.20%

0.40%

0.60%

0.80%

1.00%

1.20%

1.40%

0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0

Dis

torsió

n

Relación de presiones

Influencia de la distribución de presiones

Túneles sin refuerzo estructural

Límites y distorsiones de servicio

0.00%

0.20%

0.40%

0.60%

0.80%

1.00%

1.20%

1.40%

0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0

Dis

torsió

n

Relación de presiones

Influencia de la distribución de presiones

Túneles con refuerzo estructural

NTNNTN

NAF

h₀

r₀

Yѕ=12 kN/m³Eѕ=3,500 kPaVѕ= 0.49K₀= 0.40NAF = -2m

h₀= 24 mr₀ = 6.3 m-90 j 90 Ec = 26,031 MPa

Yѕ=12 kN/m³Eѕ= 400 kPaVѕ= 0.30K₀= 0.40

h₀= 24 mr₀ = 6.3 m-90 j 90 Ec = 26,031 MPa

h₀r₀

j

- j

j

- j

Influencia de la posición de la junta

Límites y deformaciones de servicio

Túneles sin refuerzocon abatimiento sin abatimiento

0.00%

0.20%

0.40%

0.60%

0.80%

1.00%

1.20%

-90 -45 0 45 90

Dis

tors

ión

Posición de la junta continua (grados)

0.00%

0.20%

0.40%

0.60%

0.80%

1.00%

1.20%

-90 -45 0 45 90

Dis

tors

ión

Posición de la junta continua (grados)

0.00%

0.20%

0.40%

0.60%

0.80%

1.00%

-90-4504590

Dis

tors

ión

Posición de junta la continua (grados)

EI MB Límite

0.00%

0.20%

0.40%

0.60%

0.80%

1.00%

-90-4504590

Dis

tors

ión

Posición de junta la continua (grados)

EI MB Límite

Deformación

Límite

Influencia de la posición de la junta

Cambio máximo de 37%

Diferencia máxima de 78%

Cambio máximo de 12%

Diferencia máxima de 87%

Túneles con refuerzocon abatimiento sin abatimiento

Límites y deformaciones de servicio

0.00%

0.20%

0.40%

0.60%

0.80%

1.00%

-90 -45 0 45 90

Dis

tors

ión

Posición de junta la continua (grados)

0.00%

0.20%

0.40%

0.60%

0.80%

1.00%

-90 -45 0 45 90

Dis

tors

ión

Posición de junta la continua (grados)

0.00%

0.20%

0.40%

0.60%

0.80%

1.00%

-90-4504590

Dis

torsió

n

Posición de junta la continua (grados)

EI MB Límite

0.00%

0.20%

0.40%

0.60%

0.80%

1.00%

-90-4504590

Dis

tors

ión

Posición de junta la continua (grados)

EI MB Límite

Deformación

Límite

Influencia de la posición de la junta

Cambio máximo de 73%

Diferencia máxima de 113%

Cambio máximo de 40%

Diferencia máxima de 45%

Casos de estudio

Túneles en estratigrafías de múltiples estratos

Se consideraron 48 casos de estudios en 4 estratigrafías, 24 casos sin refuerzo estructural y 24

con refuerzo estructural.

Las consideraciones de cada parámetro se presentan a continuación:

•El diámetro interno (Di) se consideró de 6 a12m

•La relación de esbeltez (η) se tomó de 14 a 32

•El número de juntas (nj) entre dovelas se evaluó entre 7 y 9

•La cuantía de acero (ρ) se consideró de 0.0 a 2.0%

•Las propiedades mecánicas del concreto (E, ft y Gft) se calcularon a partir del fc

•La profundidad del centro del túnel (ho) se evaluó entre 15m y la profundidad de la capa dura

inferior

•La posición de la junta continua (φj) se consideró de -90 a 90 grados

•Las cuatro estratigrafías contemplan la mitad de los casos en condiciones con abatimiento

(CA) y la otra mitad sin abatimiento (SA)

•EL nivel de agua freática (NAF) en condiciones sin abatimiento se tomó como -2.0m.

Estratigrafías con múltiples estratos

-80

-70

-60

-50

-40

-30

-20

-10

0

19 20 21 43 44 45

Profu

ndid

ad

(m

)

-80

-70

-60

-50

-40

-30

-20

-10

0

22 23 24 46 47 48

Profu

ndid

ad

(m

)

-80

-70

-60

-50

-40

-30

-20

-10

0

13 14 15 37 38 39

Profu

ndid

ad

(m

)

-80

-70

-60

-50

-40

-30

-20

-10

0

16 17 18 40 41 42

Profu

ndid

ad

(m

)

Estratigrafía 3: con abatimiento y sin abatimiento

-80

-70

-60

-50

-40

-30

-20

-10

0

1 2 3 25 26 27

Profu

ndid

ad

(m

)

-80

-70

-60

-50

-40

-30

-20

-10

0

4 5 6 28 29 30

Profu

ndid

ad

(m

)

Caso CasoEstratigrafía 1: con abatimiento y sin abatimiento

-80

-70

-60

-50

-40

-30

-20

-10

0

7 8 9 31 32 33

Pro

fun

did

ad

(m

)

-80

-70

-60

-50

-40

-30

-20

-10

0

10 11 12 34 35 36

Profu

ndid

ad

(m

)

Estratigrafía 2: con abatimiento y sin abatimientoCaso Caso

Estratigrafía 4: con abatimiento y sin abatimiento

Caso Caso

Caso Caso

-80

-70

-60

-50

-40

-30

-20

-10

0

19 20 21 43 44 45

Profu

ndid

ad

(m

)

-80

-70

-60

-50

-40

-30

-20

-10

0

22 23 24 46 47 48

Profu

ndid

ad

(m

)

-80

-70

-60

-50

-40

-30

-20

-10

0

13 14 15 37 38 39

Profu

ndid

ad

(m

)

-80

-70

-60

-50

-40

-30

-20

-10

0

16 17 18 40 41 42

Profu

ndid

ad

(m

)

Estratigrafía 3: con abatimiento y sin abatimiento

-80

-70

-60

-50

-40

-30

-20

-10

0

1 2 3 25 26 27

Profu

ndid

ad

(m

)

-80

-70

-60

-50

-40

-30

-20

-10

0

4 5 6 28 29 30

Profu

ndid

ad

(m

)

Caso CasoEstratigrafía 1: con abatimiento y sin abatimiento

-80

-70

-60

-50

-40

-30

-20

-10

0

7 8 9 31 32 33

Pro

fun

did

ad (

m)

-80

-70

-60

-50

-40

-30

-20

-10

0

10 11 12 34 35 36

Profu

ndid

ad

(m

)

Estratigrafía 2: con abatimiento y sin abatimientoCaso Caso

Estratigrafía 4: con abatimiento y sin abatimiento

Caso Caso

Caso Caso

CDS: Capa dura superior

CDI: Capa dura inferior

FAS: Formación arcillosa superior

FAI: Formación arcillosa inferior

NAF: Nivel de agua freático

Ho: Profundidad del centro del túnel

Dext: Diámetro externo

-80

-70

-60

-50

-40

-30

-20

-10

0

1 2 3252627

Profu

ndid

ad

(m

)

CDIFSICDSFASNAFHoDext

-80

-70

-60

-50

-40

-30

-20

-10

0

1 2 3252627

Profu

ndid

ad

(m

)

CDIFSICDSFASNAFHoDext

-80

-70

-60

-50

-40

-30

-20

-10

0

1 2 3252627

Pro

fun

dida

d

(m)

CDIFSICDSFASNAFHoDext

-80

-70

-60

-50

-40

-30

-20

-10

0

1 2 3252627

Profu

ndid

ad

(m

)

CDIFAICDSFASNAFHoDext

-80

-70

-60

-50

-40

-30

-20

-10

0

1 2 3252627

Profu

ndid

ad

(m

)

CDIFSICDSFASNAFHoDext

-80

-70

-60

-50

-40

-30

-20

-10

0

1 2 3252627

Profu

ndid

ad

(m

)

CDIFSICDSFASNAFHoDext

-80

-70

-60

-50

-40

-30

-20

-10

0

1 2 3252627

Pro

fun

dida

d

(m)

CDIFSICDSFASNAFHoDext

-80

-70

-60

-50

-40

-30

-20

-10

0

1 2 3252627

Profu

ndid

ad

(m

)

CDIFAICDSFASNAFHoDext

Límites para distorsión

0.00%0.25%0.50%0.75%1.00%1.25%1.50%1.75%2.00%2.25%

Dis

torsió

n

Casos de estudio

0.00%

0.25%

0.50%

0.75%

1.00%

1.25%

1.50%

1.75%

Dis

torsió

n

Casos de estudio

Túneles con refuerzo estructural

Túneles sin refuerzo estructural

0.00%

0.20%

0.40%

0.60%

0.80%

1.00%

1.20%

Defo

rm

ació

n

dia

metr

al

Casos de estudio

Deformación de servicioLímite de servicioPeck (1969)

0.00%

0.20%

0.40%

0.60%

0.80%

1.00%

1.20%

1.40%

Defo

rm

ació

n

radia

l

Casos de estudio

Deformación de servicioLímite de servicioBTS LI (2004)BTS LS (2004)

Límites para deformación diametral

0.00%

0.20%

0.40%

0.60%

0.80%

1.00%

1.20%

Defo

rm

ació

n

dia

metr

al

Casos de estudio

0.00%0.10%0.20%0.30%0.40%0.50%0.60%0.70%0.80%0.90%1.00%

Defo

rm

ació

n

dia

metr

al

Casos de estudio

0.00%

0.20%

0.40%

0.60%

0.80%

1.00%

1.20%

Defo

rm

ació

n

dia

metr

al

Casos de estudio

Deformación de servicioLímite de servicioPeck (1969)

0.00%

0.20%

0.40%

0.60%

0.80%

1.00%

1.20%

1.40%

Defo

rm

ació

n

radia

l

Casos de estudio

Deformación de servicioLímite de servicioBTS LI (2004)BTS LS (2004)

Túneles con refuerzo estructural

Túneles sin refuerzo estructural

Límites para deformación radial

0.00%

0.20%

0.40%

0.60%

0.80%

1.00%

1.20%

1.40%

Defo

rm

ació

n

radia

l

Casos de estudio

0.00%

0.20%

0.40%

0.60%

0.80%

1.00%

1.20%

Defo

rm

ació

n

radia

l

Casos de estudioTúneles con refuerzo estructural

Túneles sin refuerzo estructural

0.00%

0.20%

0.40%

0.60%

0.80%

1.00%

1.20%

Defo

rm

ació

n

dia

metr

al

Casos de estudio

Deformación de servicioLímite de servicioPeck (1969)

0.00%

0.20%

0.40%

0.60%

0.80%

1.00%

1.20%

1.40%

Defo

rm

ació

n

radia

l

Casos de estudio

Deformación de servicioLímite de servicioBTS LI (2004)BTS LS (2004)

0.00%

0.20%

0.40%

0.60%

0.80%

1.00%

1.20%

Defo

rm

ació

n

dia

metr

al

Casos de estudio

Deformación de servicioLímite de servicioPeck (1969)

0.00%

0.20%

0.40%

0.60%

0.80%

1.00%

1.20%

1.40%

Defo

rm

ació

n

radia

l

Casos de estudio

Deformación de servicioLímite de servicioBTS LI (2004)BTS LS (2004)

Conclusiones

La deformación de servicio mostró una alta sensibilidad a los parámetros

estructurales del túnel y la distribución de presiones de los suelos blandos. Debido a

está naturaleza, los límites de servicio propuestos consideran la presencia y ausencia

de acero de refuerzo y la relaciones de esbeltez y de presiones. En contraste, los

límites empíricos al ser generales y constantes no son la mejor opción.

Límites empíricos:

El criterio de Peck (1969) no cubrió estado de servicio del 35% de los casos

El intervalo de la BTS (2004) no incluyó 27% de los casos, estando 12% del

lado de la inseguridad.

Los límites de servicio:

Cubrieron el 98% de los casos de la validación

Del lado de la inseguridad se presentó UNA diferencias menor a -11%

Del lado de la seguridad las diferencias fueron menores a 291%

Principales ventajas de los límites de servicio

El definir una deformación particular para un túnel con relaciones

de esbeltez y de presiones específicas, diferenciando entre la

presencia y ausencia de refuerzo estructural.

Prevenir la pérdida de estanqueidad, el crecimiento descontrolado

del ancho de grietas y una falla local por aplastamiento de la

junta.

Brindar la primera recomendación para distorsiones de servicio

Estas ventajas permiten obtener diseños estructurales más racionales

con mayor certeza sobre el estado límite de servicio de los túneles.

Contactofcarpios@iingen.unam.mx

Se invita a visitarLos Seminarios de la Coordinación de Ingeniería Estructural

en el Canal IIUNAM

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