Análise paramétrica da técnica de pré-suporte com enfilagens em portais de túneis

Abstract

Devido às necessidades que surgem na construção de túneis, foram desenvolvidas técnicas construtivas para a execução de obras mais rápidas e seguras. Algumas das técnicas mais usadas na construção de túneis pelo método convencional são as enfilagens, que tem o propósito de suportar previamente a escavação do túnel e redistribuir o carregamento no contorno deste, garantindo a estabilidade do teto. As metodologias utilizadas para o projeto das enfilagens são feitas comumente pelos métodos analíticos, que consistem em considerar a enfilagem como uma viga simplesmente apoiada, e por métodos empíricos que são baseados na experiência do projetista. Outra metodologia de análise é por meio das modelagens numéricas em duas e três dimensões, onde a enfilagem pode ser considerada como um maciço equivalente ou como um conjunto de elementos individuais. Esta pesquisa analisará o efeito das enfilagens como um elemento individual num portal de um túnel, a partir, da utilização, de um programa tridimensional de elementos finitos, chamado: CESAR 3D, este é capaz de prever o comportamento dos deslocamentos e as mudanças das tensões. Foi realizada uma análise paramétrica, onde nas simulações eram alterados os parâmetros mecânicos (coesão, ângulo de atrito e módulo de elasticidade), a cobertura do túnel e a quantidade de enfilagem. Analisa-se o comportamento do túnel para cada uma das simulações realizadas, com respeito aos recalques, deformações verticais e horizontais das enfilagens e à face do túnel. Observa-se também o efeito das enfilagens nas tensões geradas no contorno do túnel. Prévio à análise paramétrica é verificado o programa CESAR 3D, comparando os resultados obtidos por Silva (2010). Além disso, se realiza uma análise analítica, conferindo os resultados da modelagem numérica. ______________________________________________________________________________ ABSTRACT

Due to the needs that arise in the construction of tunnels, over time, have been developed construction techniques for the execution of works faster and safer. One of the techniques most used in the construction of tunnels by the conventional method are pipe umbrella, which has the purpose of supporting prior to the tunnel excavation and redistribute the load on the contour of the tunnel, ensuring the stability of the roof. The methodologies employed for the design of pipe umbrella are usually made by analytical methods, which consist in considering the pipe umbrella as a simply supported beam and empirical methods that are based on the designer's experience. Another analysis method is through numerical modeling in two and three dimensions, where pipe umbrella can be considered as an equivalent mass or as a group of individual elements. This study analyze the effect of the pipe as an individual element into a portal of a tunnel using a three-dimensional finite element software named CESAR 3D, which is able to predict the behavior of the displacements and the changes of the stress. A parametric analysis was performed, where the mechanical parameters are changed (cohesion, friction angle and modulus of elasticity), the tunnel cover and the quantity of pipes. Was analyzed the behavior of the tunnel in the modeling performed, with respect to settlements, the vertical and horizontal deformations of the face of the tunnel and the pipe umbrella. It is also observed the effect of pipes the stresses generated in the boundary and the face of the tunnel. Previous to parametric analysis is verified the software CESAR 3D, comparing the results obtained by Silva (2010).In addition, an analytical analysis is made. Conferring with the results of the numerical modeling.