Tesis
Mathematical and probabilistic modeling approach for estimation of surface settlements due to TBM tunneling
Fecha
2019-10-31Registro en:
RATTIA, Victor Hugo Franco. Mathematical and probabilistic modeling approach for estimation of surface settlements due to TBM tunneling. 2019. xxvii, 153 f., il. Tese (Doutorado em Geotecnia)—Universidade de Brasília, Brasília, 2019.
Autor
Rattia, Victor Hugo Franco
Institución
Resumen
Tuneladoras ou TBMs em solos tornaram-se a opção preferida para a construção de túneis, em
áreas urbanas. Rápido processo de escavação, ambiente de trabalho em segurança e relativo
baixo impacto na indução de recalques superficiais são os principais fatores para o seu emprego.
Durante a escavação, existem poucas ferramentas que possam fornecer estimativas dos recalques
devido ao desempenho da TBM. Outro aspecto a ser considerado é a variabilidade dos parâmetros
geotécnicos e a estratigrafia do perfil do solo, ja que constituem uma importante fonte de incerteza
para a avaliação dos recalques. Essas incertezas são consideradas usando métodos probabilísticos
que geralmente exigem um esforço de cálculo significativo. A presente tese tem como objetivo
propor uma metodologia para estimativa dos recalques surperficiais durante escavação com
tuneladoras. Primeiramente, é apresentado um procedimento probabilístico para lidar com as incertezas
das propriedades geotécnicas e do perfil estratigráco na formação de recalques superficiais
induzidos pela construcão de túneis. Finalmente, é apresentado um procedimento matemático
com o escopo de propor um modelo para estimativa de recalques surperficiais durante a contrucão
de túneis com tuneladoras. Dito modelo considera a variabilidade dos parâmetros geotécnicos. A
metodologia proposta é aplicada na recém construída extensão da Linha 5 do Metrô de São Paulo.
A análise probabilística baseia-se na aplicação do método de estimativa pontuais híbrido o qual
emprega um número reduzido de cálculos sem perder precisão. O procedimento também se baseia
em análises de sensibilidade. Análises numéricas bidimensionais (2D) e tridimensionais (3D) são
realizadas, utilizando um código comercial de elementos finitos. Três cenários probabilísticos
baseados nos valores inferior, médio e superior do coeficiente de variação das variáveis de entrada
foram considerados na análise da resposta do maciço para a Linha 5. Os resultados obtidos
utilizando a metodologia proposta permite estimar o cenário probabilístico que melhor indique o
coeficiente de variação ideal a ser adotado em cada variável de entrada. As propriedades elásticas
do solo e a espessura da camada superior do solo tiveram a maior influência na geração de
recalques superficiais. A abordagem matemática baseia-se no comportamento dos deslocamentos
do maciço devido à pressão de suporte na face applicada pela TBM. O recalque superficial
máximo e o volume perdido são considerados como as variáveis para descrever os recalques superficiais
e a pressão de suporte na face da TBM como a variável para descrever a pressão de
suporte interna do túnel. Um conjunto de modelos a partir da revisão de literatura são considerados
e um critério de seleção é aplicado sobre esses modelos para escolher o modelo que melhor
descreva a resposta desse sistema. Verificou-se que a curva não-linear de tensão-deformação proposta
por Duncan & Chang (1970) fornece um bom ajuste dos dados tomados do estudo de caso.
Os limites inferior e superior foram propostos neste modelo para consideração da variabilidade
dos parâmetros geotécnicos e, finalmente, o significado físico dos parâmetros do modelo são
proposto.