http://repositorio.unb.br/handle/10482/50859
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AlanRibeiroSantos_DISSERT.pdf | 4,95 MB | Adobe PDF | Visualizar/Abrir |
Título: | Estudo numérico do comportamento de túneis em solos moles submetidos ao rebaixamento das pressões intersticiais |
Autor(es): | Santos, Alan Ribeiro |
Orientador(es): | Rodriguez Rebolledo, Juan Félix |
Assunto: | Túneis Solos moles Subsidência regional Centrífuga geotécnica |
Data de publicação: | 12-Nov-2024 |
Data de defesa: | 24-Mai-2024 |
Referência: | SANTOS, Alan Ribeiro. Estudo numérico do comportamento de túneis em solos moles submetidos ao rebaixamento das pressões intersticiais. 2024. 142 f., il. Dissertação (Mestrado em Geotecnia) — Universidade de Brasília, Brasília, 2024. |
Resumo: | 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. |
Abstract: | The demand for tunnels has significantly increased in recent decades due to the rapid urbanization and population growth. In cities with soft soils, this need is particularly pronounced. Building tunnels in such conditions is challenging due to the unfavorable properties of strength and compressibility exhibited by this type of soil. The complexity of constructing tunnels in cities such as Bogotá, Bangkok, Mexico City, Jakarta, Kuala Lumpur, Shanghai, Singapore and Tokyo is further heightened by the potential consolidation of soft soil induced by the pore water pressure drawdown resulting from deep water pumping. This phenomenon alters the distribution of total stresses on the tunnel lining throughout the lowering process, leading to increased bending moments, compression, and shear forces in the structure. In order to study the behavior of tunnels under these conditions, numerical analyses were developed, calibrated and validated through geotechnical centrifuge tests. Two models were simulated: one with the tunnel resting on a hard layer (Model No. 1) and another with the tunnel in the middle of a compressible layer (Model No. 2). The Hardening Soil (HS) model was used to simulate the compressible layer. After validating and calibrating the numerical models, the influence of initial conditions on the long-term behavior of the tunnel lining was investigated. Additionally, a parametric analysis was conducted to examinate the total stresses developed in this element, based on variations in the thickness of the tunnel lining, the at rest earth pressure coefficient (K0), the strength reduction factor (Rinter), and the overconsolidation ratio of the soft soil (OCR). The analyses demonstrate consistency between the results of physical and numerical simulations, indicating, in both cases, an adequate simulation of the regional subsidence phenomenon. The total normal stresses developed in the tunnel lining in physical modeling differ from those observed in numerical models at before the pore water pressure drawdown but converge satisfactorily at the end of regional consolidation. The analysis of initial conditions shows limited influence of the calculation type of initial stress state on long-term results in most cases. Evaluation of strains in the tunnel lining indicates a reduction in vertical diameter and an increase in horizontal diameter during the drawdown process (horizontal ellipse). Additionally, it highlights more critical structural conditions in Model Nº 1, which is also supported by the analysis of total stresses. In the parametric analysis, K0 is identified as the parameter that most significantly influences the horizontal total stresses developed on the tunnel side walls. The findings of this study provide valuable insights for the design of tunnels in soft soils subjected to the pore water pressure drawdown, and suggest avenues for future research, particularly concerning the comparison between numerical models and the investigation of the influence of K0 on the horizontal total stresses developed on the tunnel side walls. |
Unidade Acadêmica: | Faculdade de Tecnologia (FT) Departamento de Engenharia Civil e Ambiental (FT ENC) |
Informações adicionais: | Dissertação (mestrado) — Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, 2024. |
Programa de pós-graduação: | Programa de Pós-Graduação em Geotecnia |
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Agência financiadora: | Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq). |
Aparece nas coleções: | Teses, dissertações e produtos pós-doutorado |
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