Estudo numérico do comportamento de túneis em solos moles submetidos ao rebaixamento das pressões intersticiais

Abstract

A demanda por túneis tem aumentado significativamente nas últimas décadas devido ao avanço da urbanização e da densificação populacional. Em cidades assentes em solos moles, essa necessidade também tem crescido. A construção de túneis nessas condições é desafiadora, uma vez que esse tipo de solo apresenta propriedades desfavoráveis de resistência e compressibilidade. Em cidades como Bogotá, Bangkok, Cidade do México, Jacarta, Kuala Lumpur, Shangai, Singapura e Tóquio, a complexidade associada à construção desse tipo de estrutura é ainda maior, pois nesses locais ocorre um processo de adensamento do solo argiloso mole induzido pelo rebaixamento da pressão hidrostática inicial em aquíferos subjacentes. Esse fenômeno altera a distribuição de tensões totais no suporte do túnel ao longo do processo de rebaixamento, provocando esforços de flexão e compressão na estrutura. Para estudar o comportamento de túneis submetidos a essas condições, foram desenvolvidas neste trabalho análises numéricas, as quais foram calibradas e validadas com base em ensaios em centrífuga geotécnica. Foram simulados dois modelos, um com o túnel apoiado em uma camada dura (Modelo Nº 1) e um com o túnel no meio de uma camada de solo mole (Modelo Nº 2). O modelo Hardening Soil (HS) foi utilizado para simular a camada compressível. Após a validação e calibração dos modelos numéricos, foi investigada a influência das condições iniciais no comportamento a longo prazo do suporte do túnel. Ademais, com o intuito de analisar as tensões totais desenvolvidas nesse elemento, foi realizada uma análise paramétrica variando a espessura do suporte, o coeficiente de empuxo no repouso do solo mole (K0), o fator de redução da interface solo-suporte (Rinter) e a razão de sobreadensamento do solo mole (OCR). As análises demonstram consistência entre os resultados das simulações físicas e numéricas, indicando, em ambos os casos, uma simulação adequada do fenômeno de subsidência regional. As tensões totais normais desenvolvidas no elemento de suporte na modelagem física diferem das observadas nos modelos numéricos no início do rebaixamento piezométrico, mas convergem satisfatoriamente ao final do adensamento regional. A análise das condições iniciais sugere que o método de cálculo do estado inicial de tensões tem pouca influência nos resultados de longo prazo na maioria dos casos. A análise das deformações no suporte indica uma diminuição do diâmetro vertical e um aumento do horizontal ao longo do processo de rebaixamento (elipse horizontal), evidenciando ainda condições estruturais mais críticas no Modelo Nº 1, conforme destacado também pela análise das tensões totais. Na análise paramétrica, o coeficiente K0 é destacado como o parâmetro que mais influencia as tensões totais horizontais desenvolvidas na lateral do suporte. Os resultados deste estudo servem de subsídio para o projeto de túneis em solos moles submetidos ao processo de rebaixamento piezométrico, além de motivar trabalhos futuros que possibilitem especialmente a comparação entre modelos numéricos e a investigação da influência de K0 nas tensões totais horizontais desenvolvidas na lateral do túnel.