Estimation of the elastic settlement produced by a tunnel excavation using finite element method

Abstract

The work presented includes a finite element method (hereinafter FEM) to estimate the elastic settlement produced by the excavation of a tunnel in a porous granular medium on a supposed perfectly impermeable stratum. In turn, on the impermeable layer, the porous medium is divided into two layers with different degrees of saturation. In contact with the upper layer there are buildings providing a joint surface load of 0.10 MPa. At a certain depth and at a certain horizontal distance from the foundation, the excavation of the tunnel of 10 meters in diameter is projected. A 2D FEM is modelled using the GMSH and MATLAB® tools. The displacements occurred in the terrain between the initial and the final state are calculated. Terzaghi's principle has been implemented in the MEF for the calculation of settlements

El trabajo que se presenta comprende el modelado mediante un método de los elementos finitos (en adelante MEF) para estimar el asiento elástico producido por la excavación de un túnel en un medio granular poroso sobre un estrato supuesto perfectamente impermeable. A su vez, sobre el estrato impermeable, el citado medio poroso se divide en dos estratos con diferente grado de saturación. En contacto con la capa superior se encuentran edificios aportando una carga superficial conjunta de 0,10 MPa. A una cierta profundidad y a cierta distancia horizontal respecto de la cimentación, se proyecta la excavación del túnel de 10 metros de diámetro. Se modela un FEM 2D con el empleo de las herramientas GMSH y MATLAB®. Se calculan los desplazamientos ocurridos en el terreno entre el estado inicial y el final. Para el cálculo de asientos se ha implementado en el MEF el principio de Terzaghi