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Vol. 65. Núm. 274.
Páginas 267-279 (Octubre - Diciembre 2014)
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2039
Vol. 65. Núm. 274.
Páginas 267-279 (Octubre - Diciembre 2014)
DOI: 10.1016/j.hya.2014.11.002
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Diseño óptimo de dovelas de hormigón reforzado con fibras para el revestimiento de túneles
Optimal design of precast fibre reinforced concrete segments for tunnel support
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Albert de la Fuentea, Ana Blancob, Pablo Pujadasb,
Autor para correspondencia
pablo.pujadas@upc.edu

Autor para correspondencia:.
, Antonio Aguadoc
a Dr. Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos, Profesor lector del Departamento de Ingeniería de la Construcción de la UPC, Barcelona, España
b Dr. Ingeniera de Caminos, Canales y Puertos, Departamento de Ingeniería de la Construcción de la UPC, Barcelona, España
c Dr. Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos, Catedrático del Departamento de Ingeniería de la Construcción de la UPC, Barcelona, España
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Tabla 1. Varios ejemplos del uso de fibras para el refuerzo del hormigón prefabricado en dovelas de anillos de revestimiento
Tabla 2. Información relevante de cada túnel
Tabla 3. Momento de fisuración de diseño Mcr,d y esfuerzos de diseño Nd y Md en cada etapa
Tabla 4. Valores de fL y de fR,i en N/mm2 obtenidos en base al ensayo de viga UNE-EN 14651:2005
Tabla 5. Valores característicos de fL y de fR,i y valores de diseño (σd,i, ??d,i)
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Resumen

El uso del hormigón reforzado con fibras (HRF) para la fabricación de dovelas de túneles es una práctica en aumento. Sin embargo, aún existe cierta inercia al cambio respecto a la solución tradicional de hormigón armado con armaduras pasivas, pese a haberse demostrado desde el punto de vista técnico y económico que el uso del HRF en esta aplicación es viable y tiene ventajas. Un hecho que pone de manifiesto esta inercia al cambio es que existen numerosas aplicaciones en las que se ha empleado el HRF, en combinación con barras, si bien la contribución resistente de las fibras no se tuvo en cuenta. Esto es principalmente debido a la falta de regulaciones específicas que aborden aspectos de control, producción y diseño de estructuras de HRF. Afortunadamente, a nivel nacional, el Anejo 14 de la instrucción EHE-08 ya plantea unas guías para hacer frente a estos campos y, adicionalmente, el Código Modelo 2010 también presenta una guía para el diseño de estructuras de HRF. Este artículo tiene como objetivos, por una parte, presentar las experiencias más relevantes a nivel internacional del uso de HRF en la ejecución de anillos para el revestimiento de túneles ejecutados con tuneladora y, por otra, plantear un esquema de cálculo para abordar el diseño óptimo del refuerzo de dovelas de HRF. Asimismo, se presentan 3 ejemplos reales en los que se ha empleado el método propuesto.

Palabras clave:
Hormigón reforzado con fibras
Revestimiento de túneles
Diseño
Dovelas
Optimización
Abstract

The use of fibre reinforced concrete (FRC) in precast segments for tunnel support is an increasing practice. However, although the suitability of this material seems to be proven at a technical and economic level, there is still some reluctance towards the natural implementation of this material. In fact, in those cases in which fibres were added to concrete, the structural contribution was not taken into account in the design. This is mainly due to the lack of specific regulations to deal with this, as well as other aspects related to the control, production and design of FRC structures. Fortunately, at national level, Annex 14 of the Spanish EHE-08 already proposes guidelines as regards these aspects, and the new Model Code 2010 also considers the FRC as a structural material. This paper aims, on the one hand, to analyse the most important applications of FRC in tunnel linings worldwide and, on the other hand, presents a design methodology which enables the reinforcement configuration of fibre reinforced concrete in precast segments to be optimised. Furthermore, three real examples of application in which this method has been applied are described.

Keywords:
Fibre reinforced concrete
Tunnel support
Design
Segments
Optimisation
Significado de las variables
Ac

área total de hormigón

Af

área de armado en forma de fibras

As

área de armado en forma de barras

As,i

área de la barra de acero i

AT

área total de armadura

AT,min

área mínima de armadura

b

ancho de la dovela

Cf

cuantía de fibras

Cfopt

cuantía óptima de fibras

CMOD

crack mouth opening displacement

Di

diámetro interno del túnel

Ecm

valor medio del módulo de elasticidad del hormigón

F

carga

fck

resistencia a compresión característica

fck,28

resistencia a compresión característica a los 28 días

fct

resistencia a tracción

fctd

resistencia a tracción de diseño

fctd,fl

resistencia a flexotracción de diseño

fctk

resistencia a tracción característica

fFts

resistencia residual en servicio a tracción

fFtu

resistencia residual última a tracción

fL

límite de proporcionalidad

fR,i

resistencia residual

fR,iopt

resistencia residual óptima

fRd,I

resistencia residual de diseño

fRk,i

resistencia residual característica

fRm,I

resistencia residual media

h

espesor de la dovela

lcs

longitud característica

M

momento

Md

momento de diseño

Mfis,d

momento de fisuración de diseño

Mu

momento último

N

axil concomitante

Nd

axil concomitante de diseño

w

ancho de fisura

yc

ordenada del centro de gravedad de cada fibra

ycdg

ordenada del centro de gravedad de la sección

ys,i

ordenada de la barra de acero i

??c

deformación del hormigón

??c,b

deformación del hormigón en la fibra inferior

??c,t

deformación del hormigón en la fibra superior

??d,i

valores de deformación de diseño

??Fu

deformación última del HRF

??s

deformación del acero

??s,i

deformación del acero en la barra i

λ

esbeltez del anillo

σc

tensión del hormigón

σd,i

valores de tensión de diseño

σs

tensión del acero

σs,i

tensión en la barra de acero i

χ

curvatura

χu

curvatura última

Texto completo
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Agradecimientos

Este artículo se ha completado bajo el marco de trabajo del proyecto «FIBHAC: self-compacting fibre reinforced concrete. Development of a new concept of precast segments for tunnels», suscrito al programa INNPACTO 2011(IPT-2011-1613-420000). En este sentido, los autores del artículo agradecen al Ministerio de Ciencia e Innovación el apoyo económico proporcionado para su ejecución. El tercer autor agradece el apoyo del Departament d’Universitats, Recerca i Societat de la Informació de la Generalitat de Catalunya.

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