PROYECTO DE MUROS CILINDRICOS CIRCULARES DE SUELO CONGELADO(*)
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- Celia Blázquez Río
- hace 5 años
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1 PROYECTO E MUROS CILINRICOS CIRCULARES E SUELO CONGELAO(* Fenando Muzá Labad. Ingenieo de Camino Canale y Pueto, Cimentacione Eeciale S.A. RESUMEN La etabilización del teeno, mediante congelación atificial, equiee a menudo el oyecto de muo cilíndico de uelo congelado, con ección cicula y aed guea, ometido a una eión exteio unifome. Con el fin de detemina el eeo del muo y la temeatua de congelación má aoiado, hay que ealiza adecuado cálculo de etabilidad. El atículo aboda ete oblema uoniendo que tanto el teeno natual como el uelo congelado tienen un comotamiento elatolático. La cuva de eitencia intíneca e definen o diagama de Moh-Coulomb, cuyo aámeto on función de la temeatua de congelación. Se uone que la temeatua e contante en todo el eeo del muo. El oblema e euelve o un método teóico imila al deaollado o el auto aa el etudio de túnele, uoniendo que en cada uno de lo do medio (teeno natual y uelo congelado ueden exiti una zona en etado elático y ota en equilibio lático. En el cálculo e etablece la igualdad de eione ente la difeente zona y la comatibilidad de defomacione, obteniendo el eeo de cada zona y el delazamiento que exeimenta el aamento de la excavación. Efectuando lo cálculo con difeente dato iniciale, e uede llega a decidi obe la temeatua de congelación y el eeo del muo má adecuado. A título de ejemlo, e eentan lo eultado coeondiente a un túnel a m. de ofundidad y con 8 m de columna de agua..- INTROUCCIÓN La etabilización de excavacione, mediante la congelación atificial del teeno, equiee el oyecto de etuctua de contención que muy a menudo adotan la foma de cilindo hueco ciculae de aed guea, o eta ometido a una eión exteio adial y unifome. (* Comunicación eentada al Simoio Intenacional obe Congelación del Teeno celebado del 4 al 6 de Junio de 98 en Tondheim, (Nouega.
2 Lo cálculo de etabilidad tienen o objeto detemina el eeo del cilindo en función de la caacteítica del teeno y de la temeatua de congelación que e adote. Cuando la eione obe el cilindo on equeña, ueden utilizae la fómula de lo tubo de aed guea y obliga a que la tenión máxima ea igual o meno que una tenión, admiible aa el lazo de ejecución de la oba. Se obtiene aí la conocida ecuación de Lame: δ i adm adm q ( En eta exeión: δ i adm q Eeo del cilindo Radio inteio Tenión admiible Peión exteio unifome En la fómula ( e uone que el cilindo e encuenta en etado elático. Con eione má elevada, uede hacee el cálculo uoniendo que todo el anillo e encuenta en equilibio lático al cabo de un tiemo ueio al de duación de la oba. Ahoa bien, aa elecciona adecuadamente el eeo del muo y la temeatua de congelación y mantenimiento, uede tene inteé detemina el movimiento que exeimenta el evetimiento en ditinta ituacione. El método de cálculo que e eenta e baa en el lanteamiento deaollado hace año o el auto (MUZAS 97 aa el etudio de túnele, difeenciando, tanto en el uelo congelado como en el teeno natual, do zona: una en equilibio lático y ota en etado elático..- IPÓTESIS BÁSICAS Se admite que la temeatua del uelo congelado, θ, e contante en todo el eeo del cilindo. El cálculo e efectúa en un etado de defomación lana, uoniendo que tanto el teeno natual como el uelo congelado tienen un comotamiento elato-lático. La caacteítica eitente e definen o diagama de Moh-Coulomb. Lo aámeto que intevienen en el cálculo on lo iguiente: Teeno natual: Módulo de defomación Coeficiente de Poion
3 Ángulo de ozamiento Coheión c Suelo congelado: Módulo de defomación Coeficiente de Poion Ángulo de ozamiento Coheión c Paa la eione natuale e uone un etado hidotático: Peión efectiva Peión inteticial u Peión total u 3.- PLANTEAMIENTO Como e ha indicado anteiomente, e uone un etado de defomación lana y e etudia una laja en la que e difeencian 4 zona, egún e indica en la Fig., delimitada o lo adio,, y 3, iendo el adio inteio de excavación y el límite teóico del muo de uelo congelado. Fig. 3
4 La cuato zona difeenciada coeonden a: O O - Zona de uelo congelado en equilibio lático O O - Zona de uelo congelado en etado elático. 3 O O 3 - Zona de uelo natual en equilibio lático. 4 3 O - Zona de uelo natual en etado elático. El cálculo e efectúa etableciendo: a Igualdad de tenione adiale ente lo difeente anillo, e deci, aa,, y 3. b Igualdad de tenione cicunfeenciale θ en lo unto de ao de zona lática a zona elática, e deci, aa y 3. c Comatibilidad de defomacione ente la ditinta zona, e deci, aa, y EFORMACIÓN EL TERRENO NATURAL Patiendo del etado natual de tenione uueto anteiomente, uongamo que la eión final obe el cilindo congelado deué de ealizae la excavación vale y que no hay modificación de eione inteticiale, con lo que - u. El coimiento adial w de lo unto del inteio ( viene dado o la exeione iguiente: Cao a ' ' (' c.ctg. en En ete cao 3, e deci, no hay zona de teeno natual en equilibio lático. w (' ' ( Cao b ' ' (' c.ctg. en En ete cao, llamando: c.ctg y en en 4
5 e obtiene: (3 en ( ' ' / 3 (4 ' (' ( (' ( en w 3 La defomación w igue una ley de la foma indicada en la figua. Fig.. Coimiento del uelo no congelado (. 5.- ESTAO E TENSIONES EN EL MURO CONGELAO Llamando en en y c. cot la tenione en el anillo congelado deué de la excavación vienen dada o: a Zona lática ( O O (5 (6 en en θ Paa 5
6 (7 (8 en en. θ b Zona elática ( O O (9 ( ( ( ( ( θ En eta exeione y on la eione en el inteio y en el exteio de la zona, eectivamente. Paa ( ( ( θ Paa (3 (4 ( θ La condicione de comatibilidad ente amba zona obligan a la igualdad de tenione aa, e deci, a la igualdad de la exeione (8 y (. e eta manea e obtiene: (5 en en. Eta exeión, junto con la (7, emite calcula como función de. 6
7 6.- EFORMACIÓN EL MURO CONGELAO Paa ode detemina el valo de la eión, inteea conoce la defomación del muo congelado en el exteio (. Eta defomación viene dada o la exeión (6 ( ( w en la que intevienen lo valoe de y deteminado con la exeione (7 y (5 egún e ha indicado anteiomente. La vaiación de w en función de tiene el aecto indicado en la Fig. 3. Fig. 3. Coimiento del uelo congelado ( La comatibilidad con la zona de teeno no congelado obliga a la igualdad ente la exeione (6 y la ( o la (4, lo que emite detemina u, como inteección de la cuva de la figua (3 con la de la figua (. Toda la oeacione ueden ealizae fácilmente en odenado aa vaio valoe de la temeatua de congelación θ. Una vez deteminado todo lo aámeto que e han hecho inteveni como incógnita, la defomación del aamento inteio del muo congelado ( viene dada o la exeión: (7 ( ( ( w w 7
8 En eta fómula, w e el coimiento aa, dado o: [ ( ( ] (8 w θ θ En eta exeión y θ tienen lo valoe deteminado con la fómula anteioe ( y (. 7.- APLICACIÓN PRACTICA El cálculo anteio, aaentemente comlicado, uede ealizae áidamente con la ayuda de un odenado, lo que emite etudia con facilidad el comotamiento aa ditinta temeatua de congelación. A título de ejemlo e ecogen a continuación lo eultado del cálculo efectuado aa el tatamiento de un túnel de la caacteítica iguiente: Radio de excavación:,5 m. Teeno natual: Aena fina y limo del Albene Pofundidad: m. Caga de agua: 8 m. Peión natual efectiva ' 34 t/m. Ángulo de ozamiento: 3 Coheión efectiva: c Módulo de defomación: kg/cm Coeficiente de Poion: v,3 Teeno congelado: Ángulo de ozamiento: 3 Coheión: c,5 [ θ C ] Kg / cm. Módulo de defomación 5 Kg / cm. Coeficiente de Poion: v,35 Lo eultado e ecogen en la figua 4, la cual emite elecciona convenientemente tanto el eeo del cilindo como la temeatua de congelación y de mantenimiento, tatando de alejae de lo valoe aa lo cuale la defomacione comienzan a e exceiva. 8
9 Fig. 4.- Reultado del cálculo en un cao áctico 8.- CONCLUSIONES El método de cálculo que e eenta aa el oyecto de muo cilíndico de uelo congelado ofece la oibilidad de analiza la defomación que exeimenta el aamento de excavación y la influencia que en ella tiene el eeo del muo y la temeatua de congelación. Ello emite elecciona adecuadamente lo aámeto má conveniente y eve el contol del mantenimiento de la congelación, fundamentalmente cuando el muo congelado debe oota elevada eione. REFERENCIAS MUZAS, F. (97.- "Contibución al Etudio y Tatamiento de Galeía", Intituto de Invetigacione en Ingenieía Civil, Fundación KOLLBRUNNER/ROIO, Züich. 9
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