Metodologia de avaliação de sistemas de suporte em concreto projetado : estudo de caso em poços de grande diâmetro

Abstract

O crescimento da população urbana acompanhado da necessidade de sistemas de transportes de massa resultou em um rápido crescimento de infraestruturas subterrâneas nos últimos anos. Túneis de sistemas metroviários possibilitam o acesso ao centro das grandes cidades em um tempo razoável, preservando o espaço de superfície. As estruturas de acesso às infraestruturas subterrâneas são de suma importância à funcionalidade e eficiência dos sistemas de transporte de massa. Nos últimos anos vem crescendo a utilização de uma alternativa aos métodos convencionais de construção de estações de metrô, os poços de grande diâmetro. Estas estruturas vêm sendo adaptadas à instalação de estações de metrô com um significativo aumento de seu diâmetro e um consequente desafio ao seu projeto geotécnico e estrutural. O projeto estrutural de sistemas de suporte em concreto projetado de obras subterrâneas em geral, normalmente é baseado na verificação do estado limite último por diagramas de interação momento-normal. Este projeto comparou esta metodologia corrente com a proposta da utilização de critérios de ruptura baseados no estado triaxial de tensões. A construção de um poço de grande diâmetro, com geometria determinada, foi simulada pelo método dos elementos finitos em análise tridimensional pelo software CESAR-LCPC, variando a sequencia construtiva e a disposição litológica do maciço escavado. Foram simulados oito modelos numéricos compondo a base da análise paramétrica que buscou investigar tanto os efeitos destes parâmetros nas solicitações impostas ao sistema de suporte, quanto a aplicabilidade e eficiência das duas metodologias de análise do sistema de suporte. Os resultados indicam grande influência da profundidade de avanço vertical da escavação e ocorrência de arqueamento de tensões nas seções escavadas com parcialização. O efeito tridimensional simulado se mostrou de primordial relevância para a interpretação dos resultados e fidelidade ao fenômeno real. As isolinhas de fatores de segurança obtidas pelo critério de ruptura facilitam a interpretação espacial do estado de ruptura do sistema de suporte e permitem uma avaliação numérica da margem de segurança da estrutura. _______________________________________________________________________________________________________________________________ ABSTRACT

The urban population growth accompanied by the need for mass transport systems has resulted in a rapid growth of underground infrastructure in recent years. Tunnels of subway systems provide access to the centre of big cities in a reasonable time, preserving the surface. The structures of access to underground infrastructures are of paramount importance to the functionality and efficiency of mass transit systems. In recent years, there has been an increase in the use of an alternative to conventional methods of construction of subway stations, large diameter shafts. These structures have been adapted to the installation of subway stations with a significant increase in its diameter and a consequent challenge to its structural and geotechnical design. The structural design of support systems in shotcrete for underground works in general, is usually based on the verification of the ultimate limit state by thrust-moment interaction diagrams. This project compared the current methodology with the proposal of using failure criteria based on the triaxial stresses state. The construction of a large diameter shaft, with specific geometry, was modelled by the finite element method on three-dimensional analysis by the software CESAR-LCPC, varying the construction sequence and the lithological deposition of the excavated ground. Eight models were processes composing the basis of the parametric analysis that investigated both the effects of these parameters on the solicitations imposed on the support system, as well as the applicability and effectiveness of the two methods of analysis of the support system. The results indicate strong influence of the stage excavation depth and the occurrence of stress arching in the models with construction sectors. The simulated three-dimensional effect proved of paramount importance for the interpretation of results and fidelity to the real phenomenon. The isolines of safety factors obtained by the failure criteria facilitate the interpretation of the spatial state of rupture of the support system and allow a numerical evaluation of the safety margin of the structure.