Resistencia lateral del suelo. Cálculo teniendo en cuenta la presión del suelo mediante el método Metroproject.

(1) Coeficiente de resistencia del suelo ks se puede determinar mediante la fórmula

donde D R- rango seleccionado de presiones de contacto aplicadas;

D s- cambio en el asentamiento total de acuerdo con el rango seleccionado de presiones de contacto, incluidos los asentamientos por fluencia.

(2) Al calcular ks es necesario indicar las dimensiones de las placas (sellos).

K.4 Ejemplo de un método para determinar el asentamiento de cimentaciones en tiras en suelo arenoso

(1) Este ejemplo describe la determinación directa de sedimentos. El asentamiento de cimentaciones sobre suelos arenosos se puede obtener mediante métodos empíricos dependiendo de los coeficientes que se muestran en la Figura K.3, si los suelos de cimentación debajo de la base de la cimentación se ubican a una profundidad de más del doble de su ancho, entonces el ancho es Se considera que es el mismo que aparece debajo del sello (Figura K. 2).

b 1 - ancho del sello; b- ancho de la base;

s- asentamiento previsto de las fundaciones; s 1 - liquidación medida durante PLT;

1 - sello; 2 - fundación; 3 - zona de influencia

Figura K.2 - Zona de influencia bajo el troquel y la cimentación

b/b 1 - relación de ancho; s/s 1 - proporción de sedimentos;

1 - suelos sueltos; 2 - suelo de densidad media; 3 - suelos densos

Figura K.3 - Gráfico para calcular el asentamiento de cimientos en función de los resultados

Pruebas de troqueles

Apéndice L

(informativo)

Información detallada sobre la preparación de muestras de suelo para pruebas.

L.1 Introducción

(1) Los detalles de la preparación de las muestras se establecen en el texto de la norma CEN/TC 341, que se basa en los métodos de ensayo recomendados por el Comité Técnico Europeo nº 5 para Ensayos de Laboratorio (ETC 5) de la Sociedad Internacional de Mecánica de Suelos e Ingeniería Geológica. Los requisitos básicos se establecen en este apéndice.

L.2 Preparación de suelos perturbados para ensayos.

L.2.1 Secar el suelo

(1) En general, el suelo no debe secarse previamente para realizar pruebas a menos que se especifique específicamente, y debe usarse en su estado natural. Cuando se requiere secar el suelo, se debe utilizar uno de los siguientes métodos:

Secado al horno hasta peso constante en cámara ventilada a una temperatura de (105±5) °C;

Secado al horno en cámara ventilada a una temperatura determinada inferior a 100 °C (es decir, secado parcial, ya que a una temperatura inferior no es necesario que sea completo);

Secado al aire (parcial) con exposición al aire a temperatura ambiente, con o sin ventilador.

L.2.2 Rectificado

(1) El alcance de la reducción requerida y el tratamiento de cualquier material cementado restante deberá estar de acuerdo con los requisitos y condiciones específicos y deberá informarse. En particular, la trituración y el procesamiento del material de muestra deben realizarse con la humedad natural del suelo.

(2) Las partículas adheridas deben separarse sin romper las partículas individuales. El impacto no debe ser más fuerte que cuando se golpea con un mortero con cabeza de goma. Se debe tener especial cuidado cuando las partículas del suelo están sueltas y débiles. Si es necesario preparar una gran cantidad de tierra, la trituración debe realizarse en porciones.

Los cálculos de presión hidrostática se realizan cuando el revestimiento del túnel está sellado de manera confiable. La gravedad específica del suelo se determina teniendo en cuenta su suspensión en agua. γ vzv =(γ 0 -1)/(1+ε), donde ε es el coeficiente de porosidad.

La presión hidrostática debe tenerse en cuenta al calcular las estructuras de un túnel o parte del mismo ubicado debajo del nivel freático. q norte = γ w *h w ;

q n pulg = 1*(2,85) = 2,85 tf/m2; q norte norte = 1*(13) = 13 tf/m 2 ;

q calculado en = q n en *η =2.85*1.1=3.135 tf/m 2 q calculado = q n n *η =13*1.1 = 14.3 tf/m 2

28. El concepto de resistencia elástica de la roca durante el trabajo conjunto del revestimiento y la masa de suelo circundante.

Bajo la influencia de cargas activas externas, el revestimiento del túnel se deforma, cambiando su posición con respecto al contorno de la excavación. En esa parte del contorno donde el revestimiento se mueve hacia la excavación, el revestimiento se deforma libremente, sin interactuar con el suelo. Esta parte del contorno se denomina sección sin resistencia y se caracteriza por la aparición de importantes momentos flectores. En el resto del contorno, el revestimiento del túnel se desplaza hacia el suelo, provocando resistencia en su lateral - resistencia elástica, limitando la deformación de la estructura y los momentos flectores que surgen en ella.

En revestimientos de contorno cerrado, los muros están conectados rígidamente por los extremos de una bóveda invertida que descansa sobre una base elástica. En este caso, el medio elástico se reemplaza por soportes elásticos a lo largo de todo el contorno de interacción del revestimiento con el suelo.

29. Disposiciones básicas para el cálculo de revestimientos de túneles.

El cálculo de los revestimientos de túneles se realiza mediante el método de carga especificado, teniendo en cuenta la hipótesis de deformaciones locales de Fauss-Wankler.

Bajo la influencia de cargas activas externas, el revestimiento del túnel se deforma, cambiando su posición con respecto al contorno de la excavación.

En esa parte del contorno donde el revestimiento se mueve hacia la excavación, el revestimiento se deforma libremente, sin interactuar con el suelo. Esta parte del contorno se denomina sección sin resistencia y se caracteriza por la aparición de importantes momentos flectores. En el resto del contorno, el revestimiento del túnel se desplaza hacia el suelo, provocando resistencia en su lateral - resistencia elástica, limitando la deformación de la estructura y los momentos flectores que surgen en ella.

Según la hipótesis de Fauss-Wankler, las tensiones y las deformaciones locales están relacionadas por proporcionalidad directa:

donde k es el coeficiente de resistencia elástica del suelo (coeficiente de Posteli), kN/m 3

Según esta hipótesis, la carga provoca asentamiento superficial sólo en el punto de su aplicación (deformaciones locales). En realidad, cuando se considera el medio como linealmente deformable, una carga aplicada sobre cualquier zona provoca el asentamiento de toda la superficie de la masa elástica (deformación general).

El coeficiente de resistencia elástica no es una característica física y mecánica del suelo, porque Depende no sólo de sus propiedades, sino también de una serie de factores que son difíciles de tener en cuenta (formas y tamaños del área de la base, intensidad de carga, condiciones del suelo, rigidez estructural).

30. Diagrama de cálculo del método Metrogiprotrans (método de fuerza).

Para el cálculo estático de un sistema con un alto grado de movilidad de nodos (los soportes no son rígidos, sino elásticos), lo más recomendable es utilizar el método de la fuerza, que proporciona la menor cantidad de incógnitas innecesarias. El sistema principal es una cadena de bisagras, que resulta de la introducción de bisagras en los lugares de los soportes elásticos y en la sección de bloqueo del revestimiento con la aplicación simultánea de fuerzas desconocidas: pares de momentos flectores M 1, M 2, ..., M. norte.

Cuando el revestimiento y las cargas que actúan sobre él con respecto al eje vertical son simétricos, los momentos flectores emparejados en bisagras simétricas se consideran incógnitas adicionales.

Las incógnitas se determinan resolviendo ecuaciones canónicas, cada una de las cuales niega la posibilidad de movimiento a lo largo de una conexión direccionalmente distante (igualdad 0 del ángulo de rotación mutua de las secciones de las varillas que convergen en la bisagra).

Las ecuaciones canónicas son:

……………………………………………………

donde y son los movimientos del sistema principal en una dirección desconocida por la acción de momentos individuales respectivamente emparejados aplicados en los puntos K, y por cargas;

Ángulo de rotación de la base del muro bajo la acción de un solo momento;

Momento de inercia de la base de la pared, - la altura de la sección de la base; - coeficiente de resistencia elástica en la base del muro.

Los desplazamientos mediante el método de la fuerza se determinan:

El primer término de la fórmula tiene en cuenta la influencia de la flexión de las varillas sobre el tamaño de los desplazamientos, el segundo término tiene en cuenta la influencia de la compresión de las varillas por las fuerzas normales. Tanto las varillas incluidas en el polígono como los soportes elásticos están sujetos a compresión. Por tanto, el segundo término debe transformarse para tener en cuenta el asentamiento de los soportes elásticos.

Entrante = deformación longitudinal de la varilla en sección y longitud debido a la acción de una fuerza unitaria.

Una fuerza unitaria provoca tensión en el suelo debajo del soporte, ya que el soporte percibe la presión del suelo desde un área igual al producto del ancho de los anillos de revestimiento por la longitud del lecho de soporte, que es igual a la mitad de la suma de las distancias a los adyacentes. soportes.

borrador de soporte,

donde es el coeficiente de resistencia elástica (puede variar a lo largo del contorno del revestimiento), es la característica de rigidez, que puede ser diferente para diferentes soportes debido a cambios en el coeficiente de resistencia elástica

Dónde y son las fuerzas que sustentan el sistema principal.

Para determinar los movimientos de carga, las fuerzas se reemplazan por fuerzas en el sistema principal debido a la acción de las cargas.

Las fuerzas en el sistema principal debidas a la carga y los momentos individuales se determinan cortando secuencialmente los nodos de la cadena de varillas articuladas sobre las que descansa el arco de tres bisagras, teniendo en cuenta las condiciones de su equilibrio.

31. Diagrama de cálculo mediante el método de desplazamiento.

El revestimiento del túnel, en colaboración con el medio elástico circundante, es una estructura compleja que en repetidas ocasiones es estáticamente indeterminada. Para determinar las fuerzas en las secciones del revestimiento se suelen utilizar métodos aproximados, cuyas posibilidades han aumentado considerablemente con la introducción del diseño por ordenador en la práctica.

El más extendido es el método propuesto en 1936 por los ingenieros de Metroproekt, basado en transformar un sistema determinado en un esquema de diseño introduciendo los siguientes supuestos:

El contorno suave del revestimiento se reemplaza por una línea discontinua (polígono inscrito), el cambio continuo en la rigidez del revestimiento se reemplaza por uno gradual y a lo largo de cada lado del polígono se supone que la rigidez del revestimiento es constante. ;

Las cargas activas distribuidas que actúan sobre el revestimiento son reemplazadas por fuerzas aplicadas en los vértices del polígono;

El medio elástico continuo se reemplaza por soportes elásticos separados colocados en los vértices del polígono inscrito y ubicados perpendiculares a la superficie exterior del revestimiento. Si se tienen en cuenta las fuerzas de fricción entre el revestimiento y el suelo, los soportes se desvían hacia abajo según el ángulo de fricción. Esto equivale a suponer que la intensidad de la resistencia elástica en el área correspondiente a la longitud del soporte elástico (la distancia entre los puntos medios de los lados del polígono inscrito adyacente al soporte) es constante, es decir, el diagrama de resistencia elástica tiene forma escalonada.

Cuando predominan las cargas verticales, las fuerzas de fricción que surgen en la base del revestimiento suelen exceder las fuerzas que tienden a mover la parte inferior de la pared en dirección horizontal. La imposibilidad de este desplazamiento se tiene en cuenta introduciendo rigidez horizontal del soporte al nivel de la base del muro.

Aumentar el número de soportes elásticos reduce la desviación del modelo de diseño del real y aumenta la precisión del cálculo.

Al calcular por el método de desplazamiento, el número de incógnitas aumenta tres veces en comparación con el método de fuerza, ya que en cada vértice del polígono es necesario determinar tres desplazamientos en la dirección de las fijaciones introducidas: angular, horizontal y vertical. Sin embargo, el uso de una computadora permite que este método compita exitosamente con el método de fuerza. La simplicidad y estandarización de la determinación de reacciones en fijaciones y, en consecuencia, coeficientes de ecuaciones canónicas facilita enormemente la programación, y la solución conjunta de un gran número de ecuaciones en una computadora se puede realizar con gran velocidad y precisión.

El diagrama de diseño de un revestimiento en forma de herradura sobre soportes elásticos con incrustaciones rígidas en los talones es un polígono inscrito, en cuyos extremos se ubican resortes elásticos, que caracterizan la interacción de la estructura con el suelo. El programa prevé el apagado automático de los resortes que caen en el área libre.

El sistema principal sin resortes elásticos se obtuvo del diseño introduciendo en cada nodo, excepto el empotramiento rígido, tres conexiones que evitan Dj angular, D horizontal. X y vertical D en desplazamientos.

Las incógnitas son los movimientos de los puntos nodales, que reducen a cero la fuerza en las conexiones introducidas.

Para cada vértice del polígono, se pueden construir tres ecuaciones canónicas que contengan seis incógnitas para los puntos 1 y 5, y nueve incógnitas para los puntos intermedios.

Para el punto 1:

r 11 z 1 + r 12 z 2 + r 13 z 3 + r 14 z 4 + r 15 z 5 + r 16 z 6 = 0

r 21 z 1 + r 22 z 2 + r 23 z 3 + r 24 z 4 + r 25 z 5 + r 26 z 6 = 0

r 31 z 1 + r 32 z 2 + r 33 z 3 + r 34 z 4 + r 35 z 5 + r 36 z 6 = 0

donde z 1 = Dj 1, z 2 = Dх 1, z 3 = Dу 1, z 4 = Dj 2, z 5 = Dх 2, z 6 = Dу 2.

Conociendo los valores de los vectores de desplazamiento de los extremos de las varillas incluidos en el esquema de diseño, es posible determinar las fuerzas internas en las varillas cargadas solo en los extremos utilizando fórmulas de mecánica estructural.

Normalmente, la suela del forro (punto 6) puede moverse verticalmente y girar, pero está rígidamente fijada en la dirección horizontal.

Las reacciones que ocurren en la planta del talón durante una sola rotación y un asentamiento vertical son iguales, respectivamente. k p yo p Y kphp (lp Y hp– momento de inercia y altura del talón; k p– coeficiente de resistencia elástica del suelo en la suela).

La introducción de correcciones en las matrices de reacción permite tener en cuenta la influencia de la conformidad de las reacciones de los soportes del revestimiento.

En este caso, el contorno y las capas adyacentes dentro de un radio r = (3-5)d reciben deformaciones (desplazamientos) y las tensiones en estas capas se redistribuyen.

Cuando el contorno deformante de la excavación entra en contacto con el soporte, éste entra en funcionamiento y comienza a evitar deformaciones. A partir de este momento, a las fuerzas gravitacionales se suma la acción de las tensiones que surgen sobre las superficies de contacto del macizo con el soporte.

Posteriormente se deforman conjuntamente la masa del contorno y el soporte hasta que se estabilicen las deformaciones.

La presión establecida en este momento en el contacto del macizo con el soporte se considera como .

En esta formulación del problema, la presión de la roca está determinada no sólo por las propiedades del macizo rocoso y la geometría de los trabajos, sino también por deformaciones conjuntas del macizo y del soporte..

Interacción entre masa de suelo y soporte: a) diagrama de carga del modelo; b) diagrama de interacción: 1 – gráfico de estados de equilibrio; 2 - gráfico de resistencia de soporte; 3 – evolución del desplazamiento en el tiempo.

En condiciones reales, el soporte no empieza a funcionar inmediatamente. En el momento de su instalación, el circuito recibe un desplazamiento, y en el momento en que se logra el equilibrio, un desplazamiento adicional (curva 2 en arroz. b).

Este momento está representado en la figura por un punto. k intersección de las curvas 1 y 2. Ahora el soporte soporta la carga y el contorno ha recibido un desplazamiento.

En caso de utilizar un soporte más rígido (línea discontinua en arroz. b) la carga sobre el soporte será mayor y el desplazamiento será menor que en el caso anterior.

Así, utilizando los principios de interacción entre el macizo rocoso y el soporte, es posible controlar la presión de la roca.

Las disposiciones del nuevo método de excavación austriaco se basan en lo siguiente: el uso de soportes flexibles (hormigón proyectado, anclajes) y llevar las deformaciones a un valor casi crítico, por lo que la capacidad de carga de las capas de contorno del macizo se aprovecha al máximo y el soporte es más económico.

11. Cargas activas y reacciones del suelo. Hipótesis de deformaciones generales y locales.

En la literatura especial sobre túneles se utilizan los siguientes términos:

Cargas activas y reactivas.

Ahora decimos:

cargas y

reacciones de soportes estructurales.

Las cargas y los impactos se dividen.

en permanente y temporal (largo plazo, corto plazo y especial).

1 - presión de la montaña;

2 - presión hidrostática;

3 - peso muerto de las estructuras;

4 - peso de los edificios y estructuras ubicados en la zona de su influencia sobre el revestimiento;

5 - fuerzas retenidas del revestimiento precomprimido.

Cargas procedentes del transporte intratúnel y terrestre;

Cargas por bombeo de mortero detrás del revestimiento durante su construcción;

De las fuerzas que surgen durante la instalación de revestimientos prefabricados;

del peso y el impacto de los túneles y otros equipos estacionarios.

Fuerzas de escarcha;

Peso del equipo estacionario;

Influencias climáticas de la temperatura;

Efectos de la contracción y fluencia del hormigón.

Combinaciones de carga:

Combinaciones básicas de cargas (constante + largo plazo + corto plazo);

Combinaciones especiales de cargas (constante + largo plazo + algunas de corto plazo + 1 especial).

Así, si la estructura está sometida a unas cargas constantes y dos especiales, entonces el cálculo se realiza 3 veces (¡explica!).

Las cargas se introducen en el cálculo en las combinaciones más desfavorables para la estructura.

A) Hipótesis de deformación general : deformaciones conjuntas de la estructura y el medio ambiente bajo la influencia de fuerzas gravitacionales

Se basa en la Teoría de la Elasticidad. (módulo de elasticidad generalizado Ео, coeficiente de definición transversal (nu))

b) Hipótesis de deformación local. : considera la deformación de una estructura bajo la acción de fuerzas activas y reacciones elásticas (coeficiente de lecho):

12. Coeficientes de resistencia elástica: específicos, detrás de los muros y bajo la cimentación de la estructura.

La interacción del revestimiento con el suelo circundante se puede describir utilizando teorías de deformaciones generales o teorías de deformaciones locales . (ver conferencia 4).

Si el medio se considera elástico (o plástico, viscoelástico, etc.) y se caracteriza por el módulo de deformación total y el coeficiente de deformación transversal, las interacciones se describen mediante las fórmulas: ( teoría de las deformaciones generales)

Es más fácil utilizar la teoría de las deformaciones locales (hipótesis de Fuss-Winkler).

Se basa en la proporcionalidad directa entre tensiones y desplazamientos en el contorno:

¿Dónde está el coeficiente de resistencia elástica del suelo? .

(Análogo: en la teoría de las deformaciones generales)

La principal desventaja del método local. definición - Esto es lo que “” depende del tamaño de las zonas en contacto con el suelo, y esto hay que tenerlo en cuenta en los cálculos.

Determinación de coeficientes de resistencia elástica.

1) - coeficiente de resistencia específico para desarrollar un radio único ()

o medio lapso producción;

2) con su ayuda, se calcula el coeficiente de resistencia detrás de las paredes del revestimiento y debajo de la bóveda inversa:

O ;

Dónde - radio de trabajo medio, F– área de la sección transversal, m 2 ; EN– luz de trabajo, m.

3) debajo de los talones del forro abierto, el coeficiente de resistencia se calcula mediante la fórmula: , Dónde vicepresidente– ancho del tacón, m.

Conexión entre A Y mi conjuntos

fórmula B.G. Galerkina:

Los valores que dependen del coeficiente de resistencia se dan en SNiP "Túneles hidráulicos".

Para objetos complejos y costosos, se determinan experimentalmente.

Encontrar:

13. Esquemas de cálculo de revestimiento mediante el método de elementos finitos (programa MIIT).

Un diagrama de diseño es una representación convencional de una estructura con líneas axiales que indican las principales dimensiones, condiciones para asegurar soportes y cargas.

El esquema de diseño se establece dependiendo del diseño del revestimiento, la resistencia del suelo, las condiciones de funcionamiento de las estructuras y los métodos de construcción.

El método de cálculo del diseño se elige en función de su diseño. Hasta que aparezcamos, nos modernizaremos. calc. tecnología, se impusieron restricciones a los métodos de cálculo en términos del volumen de trabajo computacional, lo que obligó a introducir requisitos previos simplificadores en la metodología de cálculo y redujo la precisión del resultado.

Método de elementos finitos

5.9. La determinación de la magnitud de la presión de la roca, así como del estado tensional natural de la masa del suelo, debe realizarse de acuerdo con los párrafos 5.10 - 5.15, así como sobre la base de la experiencia en la construcción y operación de túneles en ingeniería similar. y condiciones geológicas.

Para túneles de flujo libre de clase I y túneles de presión de clases I y II, los valores de presión de la roca deben aclararse en la etapa de documentación de trabajo con base en estudios de campo en áreas con condiciones ingeniería-geológicas características.

La presión de la roca puede considerarse igual al peso del suelo en el volumen de la zona perturbada, determinado mediante mediciones geofísicas.

5.10. Presión vertical estándar de roca en suelos con< 4 при расстоянии от кровли выработки до дневной поверхности больше удвоенной высоты свода обрушения следует принимать равным весу грунтов в объеме, ограниченном сводом обрушения. При меньшем заглублении туннеля горное давление принимается равным весу всей толщи грунта над ним.

5.11. Presión vertical estándar de la roca, kN/m2, durante el arqueamiento en suelos con un coeficiente de resistencia< 4 определяется по формуле

Se supone que la distribución de la presión vertical de la roca es uniforme a lo largo del tramo del revestimiento.

5.12. La presión vertical estándar de la roca, kN/m2, en suelos con 4 debe tomarse igual al peso de los suelos en el volumen de la zona perturbada, establecido según estudios de campo, y en su defecto, según la fórmula

Tabla 4

La distribución de la presión vertical de la roca a lo largo del tramo del revestimiento se tiene en cuenta el lecho, los sistemas de grietas y otras características del macizo del suelo.

En suelos ligeramente agrietados con una profundidad de la zona perturbada de más de 1,5 m, la presión vertical estándar de la roca debe reducirse en un 20%.

Cuando se utiliza una cosechadora, el valor se puede reducir en un 30%.

5.13. La presión horizontal estándar de la roca, kN/m2, se determina:

durante el arco en suelos< 4 - по формуле

; (3)

cuando el techo está enterrado a menos del doble de la altura del arco, colapsa en suelos con< 4 - по формуле (3) с заменой численного значения на расстояние от кровли выработки до дневной поверхности.

La distribución de la presión horizontal de la roca debe ser uniforme a lo largo de la altura del revestimiento.

5.14. La presión horizontal estándar de la roca en suelos débil y moderadamente agrietados con una altura de túnel de menos de 6 m se puede ignorar, y a una altura de más de 6 m, se puede determinar a partir de la condición del equilibrio límite de los bloques de roca individuales cortados. por grietas.

La presión horizontal estándar de la roca en suelos altamente fracturados se puede tener en cuenta mediante la fórmula

5.15. Para minas profundas (más de 500 m), el valor de la presión de la roca debe determinarse teniendo en cuenta el estado plástico del suelo y otros fenómenos específicos.

En ausencia de los datos necesarios, se permite determinar la presión de la roca en las etapas iniciales del diseño de excavaciones profundas basándose en la experiencia de la construcción de túneles en condiciones ingeniería-geológicas e hidrogeológicas similares.

5.16. En labores profundas ubicadas en suelos arcillosos y otros suelos débiles con< 4, оказывающих значительное равномерное давление на конструкцию туннеля, нагрузку на обделку следует определять с учетом ожидаемых смещений грунта до устройства временной крепи и податливости этой крепи в соответствии с требованиями СНиП II-94-80, а также податливости самой обделки.

5.17. Al calcular el revestimiento, la presión de las rocas debe determinarse en función de las características del suelo, teniendo en cuenta las condiciones de operación (cambios en las propiedades de la masa del suelo cuando están saturadas de agua).

5.18. Al calcular el revestimiento de túneles de presión ubicados en suelos permeables, no se permite la inclusión de cargas provenientes de la presión interna del agua y la presión externa del agua subterránea en una combinación. En casos excepcionales, cuando en todas las situaciones operativas posibles (incluidas las de emergencia) se garantiza una presión de agua externa uniforme y uniforme directamente sobre el revestimiento, se permite incluir en una combinación con la presión interna el valor mínimo de la presión externa del agua subterránea con un factor de seguridad. para cargas iguales a 1.

5.19. La presión del agua subterránea debe determinarse a un nivel estable del agua en el depósito, teniendo en cuenta la reducción de la presión del agua subterránea, los dispositivos de drenaje y las cortinas de lechada previstas para estos fines.

5.20. Al diseñar túneles hidráulicos ubicados en suelos de permafrost, es necesario tener en cuenta la influencia de los cambios en el régimen de temperatura de los suelos en su capacidad portante, así como la estabilidad y resistencia de los suelos a cargas externas.

6. DISPOSICIONES BÁSICAS PARA EL CÁLCULO DE REVESTIMIENTOS

6.1. El revestimiento de túneles hidráulicos, según ST SEV 1406-78, deberá calcularse mediante el método de los estados límite:

mediante la capacidad de carga para la resistencia y, si es necesario, comprobando la estabilidad de la forma de la estructura (estados límite del primer grupo) de acuerdo con el Apéndice 1 obligatorio;

por la formación de grietas (resistencia a las grietas), si no se permiten grietas, o por la apertura de grietas, si su apertura está permitida de acuerdo con las condiciones de durabilidad del revestimiento del túnel, la seguridad de la masa de suelo, así como el valor del caudal de filtración de agua del túnel (estados límite del segundo grupo) de acuerdo con los anexos obligatorios 2 y 3.

6.2. Las secciones de revestimiento para estados límite del primer y segundo grupo deben calcularse de acuerdo con SNiP II-56-77 y SNiP II-23-81.

6.3. Al calcular las secciones de revestimiento de túneles, es necesario introducir los siguientes coeficientes:

coeficientes de confiabilidad para el propósito de la estructura y combinaciones de carga, adoptados de acuerdo con SNiP II-50-74;

coeficiente de condiciones de funcionamiento aceptado para revestimientos de hormigón, hormigón armado y hormigón armado de acuerdo con la Tabla 5, para carcasas de acero, de acuerdo con la Tabla 6.

Tabla 5

Tabla 6

6.4. El cálculo de los revestimientos basado en la capacidad de carga debe realizarse para las combinaciones principales y especiales más desfavorables de cargas de diseño utilizando las características de diseño de los materiales del revestimiento.

6.5. El cálculo de los revestimientos para la formación y apertura de grietas debe realizarse para las principales combinaciones de cargas estándar sin tener en cuenta el choque hidráulico utilizando las características estándar de los materiales del revestimiento.

6.6. El cálculo de los revestimientos de túneles hidráulicos de todo tipo (incluidas las partes perfiladas de revestimientos combinados) debe realizarse teniendo en cuenta la resistencia del suelo. Se permiten excepciones cuando los túneles estén ubicados en suelos débiles e inestables. Cuando los túneles están ubicados a una profundidad de menos de tres diámetros (tramos) por encima del arco, la cantidad de presión transmitida al suelo por el revestimiento del túnel no debe exceder el peso del espesor del suelo sobre el túnel.

6.7. El cálculo de revestimientos de forma arbitraria para cualquier carga externa e interna o sus combinaciones, cuando las características de deformación de los suelos varían a lo largo del contorno, debe realizarse utilizando métodos de mecánica estructural.

El cálculo debe realizarse de acuerdo con la cláusula 6.4. y 6,5 para cada combinación de carga. No se permite agregar diagramas de fuerzas de cargas individuales para obtener un diagrama total.

6.8. Se debe calcular la resistencia de los revestimientos de hormigón de túneles de flujo libre suponiendo la formación de bisagras plásticas en el revestimiento y se debe probar la resistencia a las grietas de acuerdo con los estados límite del segundo grupo.

6.9. Al calcular los revestimientos en base al estado límite del segundo grupo, se debe tomar el ancho máximo de abertura de fisura de los revestimientos de túneles de presión y de flujo libre de clase I de acuerdo con la Tabla 7.

Tabla 7

6.10. El gradiente de presión en los revestimientos se toma en función del coeficiente de filtración del suelo:

espesor del revestimiento, m.

En el intervalo, el valor se determina por interpolación.

6.11. Para las partes inundadas de revestimientos de túneles de flujo libre, debido a la durabilidad del hormigón y la seguridad del refuerzo, el ancho de las grietas no está limitado.

6.12. Los cálculos estáticos de los revestimientos deben realizarse teniendo en cuenta las fisuras y las deformaciones plásticas:

el revestimiento de túneles de paso libre y túneles de presión vaciados según los estados límite del primer y segundo grupo se calcula teniendo en cuenta la rigidez de la sección de hormigón con el módulo de elasticidad del hormigón en la estructura;

El revestimiento de túneles de presión para cargas operativas según los estados límite del primer grupo se calcula teniendo en cuenta la rigidez de la sección de refuerzo.

A partir de los estados límite del segundo grupo de revestimientos de túneles de presión se deberá calcular lo siguiente:

no resistente a las grietas: teniendo en cuenta la rigidez de la sección de refuerzo;

resistente a las grietas, teniendo en cuenta la rigidez de la sección de hormigón en .

6.13. El cálculo de los revestimientos de túneles debe realizarse teniendo en cuenta su interacción con la masa del suelo. Las propiedades de deformación del suelo se caracterizan por el coeficiente de resistencia específica o el módulo reducido (efectivo) de deformación del suelo y el índice de Poisson. El módulo de deformación dado debe determinarse teniendo en cuenta la heterogeneidad de las propiedades del suelo debidas a causas naturales y artificiales (consolidación del suelo mediante cementación u otros medios, aparición de una zona perturbada por la excavación, etc.). Los valores de las características del suelo deben determinarse teniendo en cuenta sus propiedades en saturación de agua con base en estudios de campo.

Radio exterior del revestimiento, cm.

Para túneles ubicados en suelos anisotrópicos con una relación de módulos de deformación en diferentes direcciones superior a 1,4, los cálculos deberán realizarse teniendo en cuenta la anisotropía.

6.14. Las características de deformación de suelos o túneles de clases I y II deben determinarse en áreas ingeniería-geológicas características según estudios de campo realizados mediante el método de excavación a presión, utilizando una unidad de carga central (UCL) y un sello hidráulico cilíndrico (TsGSh ), así como estampados en combinación con métodos sismoacústicos y presométricos.

Para túneles de clases III y IV, se deben proporcionar estudios a escala real utilizando métodos sismoacústicos y presométricos. También es posible utilizar los valores de las características físicas y mecánicas de los suelos identificados durante la construcción de túneles en condiciones geológicas y de ingeniería similares.

6.15. Para diseñar túneles hidráulicos ubicados en suelos de permafrost, es necesario determinar los valores de las características físicas y mecánicas de los suelos en estado congelado y descongelado.

6.16. Para cálculos preliminares, los valores de los coeficientes de resistencia específicos para suelos moderadamente agrietados se pueden determinar utilizando la Figura 2 o análogos.

Nota. En suelos ligeramente agrietados durante y también durante la excavación de túneles con cosechadora, los valores obtenidos en la Figura 2 deben aumentarse en un 30%.

6.17. Al calcular los revestimientos de túneles, es necesario tener en cuenta el trabajo conjunto del soporte instalado durante la excavación del túnel con el revestimiento.

6.18. Al asignar un esquema de diseño para el revestimiento de un túnel y una masa de suelo, se debe tener en cuenta la secuencia de desarrollo del suelo y la construcción de los elementos del revestimiento.

Maldita sea.2. Gráfico de coeficiente de resistencia específica.

del coeficiente de resistencia del suelo para suelos fracturados

6.19. Cuando se ubican varios túneles en paralelo, al calcular la resistencia del revestimiento, es necesario tener en cuenta los cambios en el estado tensional y las propiedades de resistencia de la masa del suelo causados ​​​​por la excavación de túneles adyacentes.

6.20. El cálculo de los revestimientos de túneles de hormigón y de hormigón armado para determinar los efectos de la temperatura debe realizarse con una diferencia de temperatura de diseño de más de 30°C, teniendo en cuenta el hinchamiento y la fluencia del hormigón.

6.21. Al calcular el revestimiento de túneles de presión y de flujo libre, no se tiene en cuenta la contrapresión del agua en las costuras de hormigonado y en las secciones entre las costuras de hormigonado.

6.22. El espesor de la artesa de un túnel expuesto a cargas de tracción debe determinarse teniendo en cuenta la posibilidad de abrasión de la artesa.

Anexo 1

Obligatorio

CÁLCULO DE REVESTIMIENTOS DE TÚNELES

SEGÚN LOS ESTADOS LIMITANTES DEL PRIMER GRUPO

1. Cálculo de revestimientos de hormigón y hormigón armado.

esquema arbitrario

En el esquema de diseño, como regla general, se supone que las cargas, incluida la presión de la roca, están especificadas y la resistencia del suelo se define como la reacción de la base elástica. En la Figura 1 se muestran posibles diagramas de diseño más simples de revestimientos como sistemas de varillas en un medio elástico con conexiones unidireccionales.

Maldita sea.1. Diagramas de diseño para revestimientos de túneles.

Los cálculos de resistencia deben realizarse para cargas de diseño (teniendo en cuenta los factores de seguridad para cargas) de acuerdo con la Sección 5, la rigidez debe tomarse de acuerdo con la Sección 6.12, los coeficientes de resistencia del suelo, de acuerdo con las Secciones 6.13-6.16.

El cálculo de las secciones del revestimiento y la determinación del área de la sección transversal requerida del refuerzo deben realizarse de acuerdo con SNiP II-56-77.

presión de agua interna calculada teniendo en cuenta el choque hidráulico durante el funcionamiento normal, MPa;

distancia desde el arco del túnel hasta la superficie del suelo, cm;

resistencia a la tracción calculada del refuerzo y módulo de elasticidad del refuerzo, MPa;

densidad del suelo, kg/cc;

Si según las fórmulas (2) o (3)< 0 (т.е. расчетной арматуры не требуется и внутреннее давление воды полностью воспринимается грунтом), следует принимать значение по минимальному проценту армирования согласно п.4.19.

Para calcular estructuras teniendo en cuenta la resistencia del suelo, existen varios métodos diferentes que se diferencian en el modelo de cálculo del entorno del suelo en el que se basan y en su forma.

Cálculo teniendo en cuenta la presión del suelo mediante el método Metroproject.

La estructura se considera como un anillo circular en un medio elástico continuo, cuyas propiedades mecánicas se caracterizan por el coeficiente de lecho: el medio es capaz de proporcionar sólo una resistencia inequívoca del suelo dirigida hacia la estructura.

Para el cálculo, el anillo se reemplaza por un 16-gon inscrito en él, y el medio elástico continuo se reemplaza por soportes elásticos separados ubicados en todos los vértices del 16-gon, excepto los tres superiores, que caen bajo presión. -zona libre. Las direcciones de las reacciones de apoyo de las varillas se toman a lo largo de los radios correspondientes del anillo y, teniendo en cuenta las fuerzas de fricción, por la desviación del ángulo de fricción entre el suelo y el revestimiento.

Al pasar al sistema básico del método de la fuerza, se introducen bisagras en todos los vértices del polígono, excepto dos, y los momentos flectores M1, M3 ..., M9 aplicados en estas secciones se toman como incógnitas. En este caso, los momentos M3, M4..., M8 aplicados en secciones simétricas serán incógnitas de grupo (Fig. 1).

Una ecuación canónica típica del método de la fuerza, compilada para el soporte n, tiene la siguiente forma:

Los coeficientes de las incógnitas y los términos libres de las ecuaciones son los desplazamientos del sistema principal en la dirección de estas incógnitas a partir de momentos únicos y de una carga determinada, respectivamente. Para determinarlos, primero debes encontrar los esfuerzos correspondientes.

La parte superior del sistema principal (Fig.2), ubicada en la zona de no resistencia y no sujeta a la acción de la resistencia elástica del suelo, se considera como un arco de tres bisagras, cuyas reacciones de apoyo ante la carga y los momentos individuales se transmiten con signos opuestos a la cadena de bisagra subyacente.

Las fuerzas en los eslabones de la cadena de bisagra se determinan a partir de las condiciones de equilibrio de los nodos cortados sucesivamente (Fig. 3). A partir de la condición de equilibrio del enésimo nodo bajo la acción de una carga dada, se determina lo siguiente:

Fuerza normal circunferencial en el enlace entre los nodos n y n+1

reacción del soporte elástico en el nodo n

donde Yn es la fuerza vertical concentrada en el nodo n de una carga dada; Xn – fuerza concentrada en el nodo n de una carga dada; ;- ángulo central entre la vertical y el radio trazado por el punto n; ;- el ángulo central encerrado entre los radios trazados a través de la conexión del vértice del polígono; para hexágono

De un solo momento aplicado en el nodo n, surgen las siguientes fuerzas:

fuerzas normales en enlaces

reacciones de soportes elásticos

Este único momento de esfuerzo no provoca ningún esfuerzo en el resto de elementos del sistema principal. Un solo momento aplicado sobre el apoyo de un arco de tres bisagras provoca las siguientes fuerzas:

fuerzas normales en enlaces

reacciones de soportes elásticos

Los desplazamientos del sistema principal se determinan teniendo en cuenta la influencia de las fuerzas normales en el movimiento de los soportes elásticos.

Así, por ejemplo, moverse en la dirección de una única incógnita

Aquí y son los momentos flectores en una sección arbitraria de eslabones de los momentos individuales correspondientes; y son las fuerzas normales en los eslabones de los momentos individuales correspondientes; y - reacciones en las barras de soporte a partir de los correspondientes momentos individuales; y - la rigidez de las secciones longitudinales del revestimiento a la flexión y compresión; a es la longitud del lado del polígono; b – ancho del revestimiento del anillo asignado para el cálculo; k – coeficiente de resistencia elástica del suelo.

Después de determinar las ocho incógnitas del sistema de ocho ecuaciones, el esfuerzo final viene determinado por la fórmula:

Aquí, las fuerzas en el sistema principal debido a una carga determinada; - fuerzas en el sistema principal debidas a momentos nodales únicos; - valores encontrados de incógnitas.

La exactitud de los cálculos está controlada por el cumplimiento de las condiciones de equilibrio de las partes individuales del revestimiento y el hecho de que el área reducida (es decir, dividida por El) del diagrama final de los momentos flectores sea igual a cero.

S.A. Orlov desarrolló un método de cálculo similar que utiliza su módulo elástico L D y el coeficiente de Poisson como características elásticas del suelo.

Para cálculos aproximados de tuberías, se suele utilizar la siguiente relación entre el coeficiente de compresión elástica k y el módulo de deformación del suelo Г gr:

¿Dónde está el coeficiente de Poisson del suelo?

Cálculo teniendo en cuenta la resistencia del suelo según el método de O. E. Bugaeva.

El entorno del suelo que rodea la estructura se caracteriza por el coeficiente de resistencia elástica del suelo k. Se supone que la resistencia es radial y actúa sobre la parte inferior de la estructura con un ángulo central de 270°. A lo largo del arco superior con un ángulo central de 90 0, se supone una zona de no resistencia (Fig. 4).

La línea elástica del anillo se aproxima mediante las ecuaciones:

¿Dónde está el ángulo de inclinación de la sección con respecto a la vertical? y son las ordenadas de la línea elástica en las secciones A y B.