Análisis comparativo entre el diseño de túneles de vías del Metro de Santiago utilizando hormigón reforzado con acero tradicional y hormigón reforzado con fibras

Abstract

El presente trabajo tiene como objetivo determinar una metodología de diseño correspondiente a elementos de hormigón reforzado con fibras, para luego adaptar dicha metodología al diseño de túneles. Se busca comparar los resultados del diseño con fibras con los resultados obtenidos al utilizar la metodología que utiliza Arcadis para el diseño de túneles de vías de Metro de Santiago, metodología que se basa en el código ACI-318, capítulo de columnas cortas más específicamente. Para el diseño con fibras como refuerzo se buscaron distintos códigos de diseño, entre ellos los códigos europeos RILEM TC 162, Eurocode 2 y el Model Code 2010. De los tres códigos anteriores se escogió el Model Code 2010 debido a su popularidad y reconocimiento. Por otro lado, el tipo de ensayo que éste define para obtener los parámetros de resistencia a la tracción producida por flexión es bastante reconocido. Éste ensayo se conoce como EN 14651 y consiste en aplicar una carga puntual en el centro de una viga, la cual tiene una geometría determinada y se encuentra apoyada en sus dos extremos. Éste ensayo es fundamental para el diseño de elementos de hormigón reforzado con fibras. Posterior a la elección del código, se escogieron dos tipos de fibras para utilizar en el desarrollo de esta memoria, con el fin de poder comparar los desempeños de ambos tipos de fibras. Una de las fibras seleccionadas corresponde a la fibra de acero Dramix 3D 65/35BG. El otro tipo de fibra seleccionado corresponde a la fibra sintética de polipropileno BarChip48. Con ambas fibras seleccionadas, se escogieron dos casos de estudio, los cuales corresponden a dos túneles de distintas dimensiones pertenecientes a la empresa Metro de Santiago. El primer caso de estudio corresponde a un túnel interestación herradura, el cual cuenta con una sección transversal de 49.5 $m^2$. En cuanto al segundo caso de estudio, este corresponde a un túnel de evacuación que presenta una sección transversal de 8.6 $m^2$. Luego, estos túneles fueron modelados a través del software FLAC3D para poder obtener los esfuerzos internos correspondientes a cada uno. Con los esfuerzos internos calculados, se procede a realizar el diseño tradicional de túneles, el cual, y como se mencionó anteriormente, se basa en el código ACI-318. En el caso del diseño del hormigón reforzado con fibras, se utilizó el modelo constitutivo de esfuerzo-deformación entregado por el código RILEM TC 162, ya que para el modelo entregado por el Model Code es necesario contar con valores experimentales. El diseño realizado se basa en los esfuerzos y deformaciones presentes en la sección transversal correspondientes al sostenimiento y revestimiento del túnel. Con la contribución a la resistencia a la tracción para los dos tipos de fibras calculada, se procedió a confeccionar los diagramas de interacción de flexocompresión, los cuales son la base del diseño tradicional de túneles, tanto para el hormigón reforzado con barras de acero (diseño tradicional) como para el hormigón reforzado con ambos tipos de fibras por separado. Finalmente, se comparan los diagramas de flexocompresión obtenidos y se evalúa si es factible la construcción de dichos túneles con el uso exclusivo de elementos de hormigón reforzado con fibras.