Estudio teórico del mecanismo tridimensional de falla del frente en túneles poco profundos en suelo

Abstract

Durante la excavación de túneles con máquinas tuneladoras, bien sean de slurry SS o de presión de tierras balanceada EPB, resulta de la mayor importancia estimar la presión a ejercer en el frente para asegurar la estabilidad de la excavación y controlar los asentamientos del terreno. En la literatura se reportan en su mayoría propuestas de estabilidad global del frente en dos dimensiones e incluso tridimensionales que presentan serias restricciones cinemáticas, es decir, que no cumplen con la continuidad de la superficie de falla. En el presente trabajo se aborda el refinamiento del mecanismo de falla en el frente de un túnel poco profundo de sección circular excavado en suelo, a partir de la geometría descrita por el torus, el cual sigue el desarrollo de una espiral logarítmica en el espacio. Producto de implementar un método particular del equilibrio límite en el mecanismo cinemáticamente factible que se propone, es posible mejorar del lado de la seguridad la exactitud en el cálculo de la presión de soporte comparado con los métodos teóricos disponibles, tanto para falla activa como pasiva del frente del túnel. La calibración de los resultados obtenidos frente a la información disponible de ensayos de centrífuga, permitió además de verificar las hipótesis sobre el estado de esfuerzos en el instante de falla, establecer con base en el factor de seguridad el rango de operación de la presión en la TBM que minimiza los movimientos del terreno durante la excavación.

Abstract: During soil tunnel excavation with a TBM, either Slurry - Shield or Earth Pressure Balance type, it is of utmost importance assess the pressure to be exerted on the face to ensure both the stability of the excavation and control surface settlements . In literature there are reported mostly 2D or even 3D global stability proposals that do not accomplish kinematic constraints, that is, from the point of view of a continuous failure surface. The present work aims to improve the face failure mechanism of a shallow tunnel of circular cross - section exc avated in soil, by means of the torus geometry, which resemble s a log - spiral curve in the space. In an attempt to improve from the safe side the accuracy of support pressure calculations compared to available theories, a particular method of limiting equil ibrium was implemented on the aforementioned kinematic admissible mechanism for both active and passive failure . Based on centrifuge test data, it was possible to validate hypothesis about stress state at failure and also to establish TBM operational suppo rt pressure range which minimizes ground movements, by using the safety factor concept .