Uma implementação computacional baseada nos conceitos da mecânica do contato e no Método dos Elementos de Contorno é desenvolvida para simular a interação entre discos de corte e maciço rochosos. Simula-se o contato considerando-se inicialmente uma superfície potencial de contato que é atualizada durante um processo de carregamento incremental, podendo conter elementos separados, em contato sem deslizamento ou com deslizamento parcial. A cada passo do carregamento incremental estima-se a configuração do modelo e os dados obtidos neste passo serão utilizados como parâmetros no passo seguinte até que todo o carregamento esteja aplicado. O modelo em estudo consiste em dois discos de corte paralelos atuando sobre uma base sólida com característica elástica linear. São feitas duas simulações com os discos de corte. Na primeira delas, compara-se a penetração dos discos utilizando-se como parâmetro os valores calculados em uma análise por elementos finitos. No segundo caso, estuda-se a distribuição de tensões no maciço quando se altera o espaçamento entre os discos para um mesmo carregamento. Além desta análise, duas outras comparações são feitas utilizando como parâmetros soluções analíticas e numéricas de modelos clássicos da mecânica do contato. São estes: cilindro e pilar em base elástica. / A computational implementation based on contact mechanics and on the Boundary Element Method is developed in order to simulate the interaction between disc cutters and rock mass. The contact simulation considers initially a potential contact area which is updated during an incremental load process, in such way the surface can include elements in separation, stick or partial slip. At each incremental load step the configuration of the model shall be evaluated and the values computed at such step are used as parameter to the next load step until the end of the loading process. The investigated model consists in two parallel cutter discs on a flat elastic foundation. In the first simulation the penetration of the discs are studied and the results are compared against a finite element simulation. In the second simulation, the stress distribution in the rock mass is evaluated considering different spacing between the disc cutters by keeping the same load. In addition, two benchmark problems of contact mechanics, such as the cylinder and the flat punch on a elastic foundation, were modeled in order to validate the proposed algorithm. The obtained results were compared against analytical and numerical solutions.

Uma implementação computacional baseada nos conceitos da mecânica do contato e no Método dos Elementos de Contorno é desenvolvida para simular a interação entre discos de corte e maciço rochosos. Simula-se o contato considerando-se inicialmente uma superfície potencial de contato que é atualizada durante um processo de carregamento incremental, podendo conter elementos separados, em contato sem deslizamento ou com deslizamento parcial. A cada passo do carregamento incremental estima-se a configuração do modelo e os dados obtidos neste passo serão utilizados como parâmetros no passo seguinte até que todo o carregamento esteja aplicado. O modelo em estudo consiste em dois discos de corte paralelos atuando sobre uma base sólida com característica elástica linear. São feitas duas simulações com os discos de corte. Na primeira delas, compara-se a penetração dos discos utilizando-se como parâmetro os valores calculados em uma análise por elementos finitos. No segundo caso, estuda-se a distribuição de tensões no maciço quando se altera o espaçamento entre os discos para um mesmo carregamento. Além desta análise, duas outras comparações são feitas utilizando como parâmetros soluções analíticas e numéricas de modelos clássicos da mecânica do contato. São estes: cilindro e pilar em base elástica. / A computational implementation based on contact mechanics and on the Boundary Element Method is developed in order to simulate the interaction between disc cutters and rock mass. The contact simulation considers initially a potential contact area which is updated during an incremental load process, in such way the surface can include elements in separation, stick or partial slip. At each incremental load step the configuration of the model shall be evaluated and the values computed at such step are used as parameter to the next load step until the end of the loading process. The investigated model consists in two parallel cutter discs on a flat elastic foundation. In the first simulation the penetration of the discs are studied and the results are compared against a finite element simulation. In the second simulation, the stress distribution in the rock mass is evaluated considering different spacing between the disc cutters by keeping the same load. In addition, two benchmark problems of contact mechanics, such as the cylinder and the flat punch on a elastic foundation, were modeled in order to validate the proposed algorithm. The obtained results were compared against analytical and numerical solutions.

La tesis consiste en proponer un diseño de la sección transversal mediante el método NATM de la etapa 1A del proyecto de la Línea 2 del Metro de Lima. En el cual para comenzar este estudio en este mega proyecto que en la actualidad se sigue realizando se tuvo que investigar los distintos procesos de excavación que se iban a utilizar, entre ellas tenemos al nuevo método austriaco (NATM) y las máquinas tuneladoras (TBM), sin embargo, el último método de excavación de túnel aún no ha sido utilizado. Por un lado, se identificó parte de las obras preliminares para los frentes de trabajo del NATM, las cuales vienen a ser las construcciones de estaciones, piques, túnel de interceptación, entre otras que serán mencionadas y definidas en un capitulo líneas más abajo, es muy importante esta parte, pues mediante esta información podemos saber a dónde va dirigido nuestro objetivo principal, que consiste en proponer un diseño y revestimiento en futuras construcciones de túneles urbanos en Lima. Finalmente, para poder realizar un diseño de sostenimiento y revestimiento distinto al que ya se encuentra en proceso tuvimos que realizar distintas verificaciones, las cuales cumplieron con los requisitos de la norma del AISC 360-2011, E.060 y E.090 de Estructuras de Acero, dando así una nueva opción para el revestimiento y sostenimiento de futuras construcciones de túneles urbanos. / This thesis consists in the study of the NATM method of stage 1A of the project of Line 2 of the Lima Metro. In which to start this study in this mega project that is still being carried out, it was necessary to investigate the different excavation processes that were going to be used, among them we have the new Austrian method (NATM) and the tun-neling machines (TBM) However, the last tunnel excavation method has not yet been used. On the one hand, part of the preliminary works was identified for the work fronts of the NATM, which come to be the constructions of stations, shafts, interception tun-nel, among others that will be mentioned and defined in a chapter lines below, this part is very important, because through this information we can know where our main objec-tive is directed, which is to propose a design and coating in future urban tunnel con-structions in Lima. Finally, In order to carry out a different support and coating design to the one already in process, we had to carry out different verifications, which complied with the requirements of the AISC standard 360-2011 and E.090 of Steel Structures, thus giving a new option for the coating and maintenance of future urban tunnel constructions. / Tesis