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![Momento resistente do revestimento
primário insuficiente
Mmax concreto < fct,d .I(xx’) / [(h/2) / 2]
Mmax concreto < 36,5 kN.m/m
< Mmax Plaxis = 99 kN.m/m
I(xx’) = b.h³ / 12 = 1,302.10-3 m4
fc,k (7 dias) = b1 .fc,k
h = 25 cm
b = 1 m
x’x
fc,k = 30 MPa
fc,k (7 dias) = 23,4 MPa
fct,m = 0,3.(fc,k²)^(1/3) = 2,45 MPa
fct,k < fct,m
fct,d = fct,k / gc < fct,m / gc
fct,d (7 dias) < 1,75 MPa
b1 = exp[s(1-(28/t)^(1/2)]](https://image.slidesharecdn.com/baba355f-c21b-4b1e-90ea-909b8af6fa05-160213221357/85/Numerical-modeling-of-tunnels-41-320.jpg)
Numerical modeling of tunnels
- 1.
- 2. Objetivos http://g1.globo.com/bahia/noticia/2015/10/tecnicos-avaliam-solo-sobre-tunel-no-lobato-para-verificar-se-existe-tremor.html Caracterizaçãodo maciço Definição das seções Modelagem com Plaxis
- 3. Túnel Gasduc III RIODE JANEIRO
- 4. Características do túnel •Extensão: 3758 m • Extensão (Concreto Projetado: ~70% (~2630 m)) • Suportes: • Concreto Projetado • Cambotas metálicas • Tirantes
- 5. Problemas de execução Cambotascom revestimento de pouca espessura de concreto projetado. Notar as “costelas” Maciço muito alterado, com revestimento mal aplicado.
- 6. Problemas de execução Cambotassem apoio e sem revestimento Trecho com ocorrência de overbreaks geológicos, comprometendo a geometria da seção escavada
- 7. Ocorrência de alteraçõesdo maciço Ocorrência de material muito alterado, sem revestimento, no lado da seção, em trecho classe IV (classe V?) Formação de cunha na parede, definida por 3 famílias de fraturas
- 8. Ocorrência de alteraçõesdo maciço Núcleo de alteração (sulfeto) localizado no pé da parede Ocorrência de dique de basalto/diabásio alterado para argila
- 9. Classificação geomecânica Discrepâncias naclassificação do maciço Estaca 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 Classificação V IV III II I Empresa 1 Construtora Empresa 2 Terratek
- 10. Revestimento do túnel Discrepânciasna classificação incial do maciço Estaca 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 Classificação V IV III II I Construtora Terratek Concreto projetado
- 11. Nova classificação domaciço Classe I Classe II Construtora Sistema Barton (“Q”) Terratek
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- 13. Determinação de parâmetros c’e f’ inferidos 𝜎 𝑐 = 2𝑐. 𝑐𝑜𝑠𝜑′ 1 − 𝑠𝑒𝑛𝜑′
- 14. Modelagem numérica (Plaxis2D) Deslocamentos obtidos Retroanálise Seção estável há 5 anosDepende do tipo de rocha
- 15. Modelagem numérica (Plaxis2D) Esforços cortantes Necessidade de uma viga Momentos fletores
- 16. Nova classificação esistema de suporte • Revestimento total das paredes com concreto projetado • Uso de Tirantes de ancoragem Viga de pé
- 17. Planta geral Localização:BR 116 - Rodovia Régis Bitencourt Extensão: 384 metros Emboque Norte Emboque Sul Norte Túnel da Serra do Cafezal
- 18. Perfil geológico Métodosde escavação: NATM Escavação a fogo Emboque Norte Emboque Sul Rocha Sã SaprolitoSeção NATM Escavação a fogo Rocha alterada Seção NATM
- 19. Projeto tolera ainsegurança • Efeito 3D de fato aumenta FS • Coeficiente de segurança mínimo: • Curto prazo FS = 1.3 • Longo prazo FS=1.5
- 20. Parâmetros dos materiaisdo emboque sul
- 21. Instabilidade com chuvaforte Ru = 0,1 Ru = 0,2 Ru = 0,3 Geralmente admitido no Rio de Janeiro FS = 1,2 FS = 1,1 FS = 0,98
- 22. Cálculo tensão deformaçãodas contenções dos emboques Pode ser feito com Plaxis (ver exemplo Tie-back excavation) Com K-Rea (Terrasol) se altura for pequena • Coeficientes de reação
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- 30. Efeito da água a ser considerado!
- 31. Túnel Via Light Doistúneis duplos. NATM. Total: 1600 m
- 32. Concreto de primeirafase sem resistência à tração Seção C1 32
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- 35. 40 m semarmaduras e cobertura de 30 m C1
- 36. Métodos de cálculoantigos: revestimento super dimensionado 50 cm de concreto para solo com cobertura de apenas 30 m ! M. Rocha (1976): Pressão máxima vertical: Uso de modelos elásticos lineares Carregamento potencial - M. Rocha 36
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- 38. Seção em solo,MSstage > 0,5 para uma semana MSstage = 1 para 30 mn
- 39. Momento alto mesmocom MSstage= 0,5 Mmax = -99 kN.m
- 40. Momento resistente dorevestimento primário insuficiente Mmax cambota = fy,d .Icambota / (x / 2) = 48,7 kN.m/m Icambota = 435 cm4 com espaçamento de 80 cmIcambota = 357 cm4 x x’ Icambota = IF20(zz’) + 2. IF16(zz’) + 2. SF16.a² + SF20.b² (Huyguens) Gy y’ z z' a b a = 79,72 mm b = 62,28 mm IF20(zz’) = p.D4/64 = 7,854.10-9 m4 IF16(zz’) = 3,219.10-9 m4 SF16 = 2,01 cm² SF20 = 3,14 cm² fy,d = fy,k / ga = 500 / 1,15 = 435 MPa
- 41. Momento resistente dorevestimento primário insuficiente Mmax concreto < fct,d .I(xx’) / [(h/2) / 2] Mmax concreto < 36,5 kN.m/m < Mmax Plaxis = 99 kN.m/m I(xx’) = b.h³ / 12 = 1,302.10-3 m4 fc,k (7 dias) = b1 .fc,k h = 25 cm b = 1 m x’x fc,k = 30 MPa fc,k (7 dias) = 23,4 MPa fct,m = 0,3.(fc,k²)^(1/3) = 2,45 MPa fct,k < fct,m fct,d = fct,k / gc < fct,m / gc fct,d (7 dias) < 1,75 MPa b1 = exp[s(1-(28/t)^(1/2)]
- 42. Projeto básico comuso do Plaxis - Túnel Atibainha• Comprimento: 6123 m
- 43. Características do túnel •Diâmetro hidráulico (interno): 3,35m • Vazão em escoamento livre : 8,5 m3/s • Vazão em escoamento forçado Atibainha – Jaguari: 12,2 m3/s com uma carga piezométrica de 20m (200 kPa)
- 44. Tratamento para classede maciço I Granito/granodiorito/gnaisse/granitoide Fraturas não persistentes pequenas cargas hidráulicas
- 45. Tratamento para classede maciço II Granito / granodiorito / gnaisse / granitoide: Fraturas não persistentes Pequenas cargas hidráulicas
- 46. Tratamento para classede maciço III-A Granito/granitoide fraturado: Fraturas prováveis Diaclases tri-ortogonais Diques de diabásico H alta pre-injeção (jet-grouting) TBM NATM DHP /m
- 47. Tratamento para classede maciço III-B Mica xisto: TBM Foliação: mergulhos entre 0 e 90°
- 48. Tratamento para classede maciço IV Milonito - falha: NATM & arco invertido Risco: grande carga hidráulica DHP /m
- 49. Tratamento para classede maciço V Milonito alterado – falha: NATM & arco invertido Milonitos muito alterados com consistência de solo Risco grande carga hidráulica DHP /m
- 50. Geração do estado detensão inicial Escavação da seção Instalação de suporte (24hrs) Instalação de nível freático e suporte Modelagem da seção C1 – TBM - Plaxis
- 51. Campo de deslocamentoshorizontais Resultados 1/2 Campo de deslocamentos verticais
- 52.
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- 54. Modelagem da seçãoC3 –TBM- Phase2 Modelagem das juntas com elementos distintos
- 55. Resultados 1/2 Campo dedeslocamentos horizontais Campo de deslocamentos verticais
- 56. Resultados 2/2 Esforço axial Max:1,15 MN Esforço cisalhante: Max: 0,11 MN Momento fletor: Max: 9 kN.m
- 57. C4 – NATM– Plaxis – Shotcrete model
- 58. Fases para aseção C4 – NATM – Plaxis 1/2 Fase inicial: K0 1e escavação SMstage = 0,1 Núcleo central q = 20 kPa 1e cambota SMstage = 0,2 q = 20 kPa CCP 1 & tirantes SMstage = 0,3 q = 20 kPa 1 2 3 4
- 59. Fases para aseção C4 – NATM – Plaxis 2/2 Remoção do núcleo central & Arco invertido SMstage = 0,5 Endurecimento do concreto projetado SMstage = 1 5 6 7 CCP 2 SMstage = 0,4 q = 20 kPa
- 60. Deslocamento horizontal máximo: 1,9mm < D/100 Deformações no suporte Deslocamento vertical máximo: 8,2 mm < D/100
- 61. Tensões no suporte Tensãohorizontal máxima nos ângulos: 7 MPa < fc,d Tensão vertical máxima nos ângulos: 11 MPa < fc,d
- 62. Tensões no solo Tensãohorizontal máxima Tensão vertical máxima
- 63. Comparação Plaxis vsmodelo hyperestático Mmax = -130 kN.m/mVmax = -200 kN/mNmax = -420 kN/m Nmax = -490 kN/m Vmax = -205 kN/m Mmax = -14 kN/m
- 64. Fissuração e redistribuiçãodos momentos Mmax = -130 kN.m/m Mmax = -14 kN/m
- 65. Tela necessária 1,4.N –1,4M 0,9.N – 1,4M F 5 mm // 10 cm Tela Q196
- 66. UDEC Estrutura “blocky”, rochas fraturadas com queda de blocos possíveis Utilização do Plaxis em rochas Phase2, Flac Rochas fraturadas com coesão (sem queda de blocos) (F2, F3, F4) Plaxis: somente pouquíssimas descontinuidades e espaçadas (F1, A1, C1, E1, abertura mínima, sem preenchimento)
- 67. Aplicação do Plaxisnas rochas Plaxis Plaxis Flac ou Phase2 Udec Flac, Phase2 ou Udec
- 68. Conclusões Investimentos eminvestigações > 2% (ITA) Caracterização geomecânica: insuficiente Ensaios especiais PMT, CPTU, etc Necessária modelagem numérica Cuidado com a escolha do modelo e do programa
Notas do Editor
- #13 Ed: módulo de deformação da rocha Er: módulo de elasticidade da rocha
- #14 Ed: módulo de deformação da rocha Er: módulo de elasticidade da rocha
- #45 Classe 1 e 2 de granito/granodiorito/gnaisse/granitoide: Nos trechos correspondentes, prevemos a utilização da TBM. De forma geral, as fraturas encontradas não terão uma persistência que leve a considerar grandes cargas hidráulicas. Classe 1-2-3 do mica xisto: Espera-se encontrar uma foliação principalmente sub-vertical, mas eventualmente dobrada, o que levará, se for o caso, a mergulhos entre 0 e 90 graus nessas zonas. Prevemos que a TBM seja usada nessas classes.
- #46 Classe 1 e 2 de granito/granodiorito/gnaisse/granitoide: Nos trechos correspondentes, prevemos a utilização da TBM. De forma geral, as fraturas encontradas não terão uma persistência que leve a considerar grandes cargas hidráulicas. Classe 1-2-3 do mica xisto: Espera-se encontrar uma foliação principalmente sub-vertical, mas eventualmente dobrada, o que levará, se for o caso, a mergulhos entre 0 e 90 graus nessas zonas. Prevemos que a TBM seja usada nessas classes.
- #47 Classe 3 granito/granitoide fraturado: É muito provável encontrar zonas de granito fraturado com diaclases do tipo tri-ortogonal características da época do rift sul-americano. Nessas zonas, é possível encontrar zonas com diques de diabásico com cargas hidráulicas correspondentes à altura do lençol freático. Nestas zonas, como a profundidade do túnel alcança 160 m de profundidade e, por tanto, a carga hidráulica poderia chegar a 1600 kPa, será necessário a pre-injeção do maciço com colunas de jet-grouting, como por exemplo colunas de CCP-H. Neste caso, a TBM não poderá ser utilizada e o método de escavação terá que ser variante em NATM. Além, é previsto que seja também necessário a implementação de drenos a vácuo sistemáticos a cada metro para diminuir a vazão. Classe 1-2-3 do mica xisto: Espera-se encontrar uma foliação principalmente sub-vertical, mas eventualmente dobrada, o que levará, se for o caso, a mergulhos entre 0 e 90 graus nessas zonas. Prevemos que a TBM seja usada nessas classes.
- #48 Classe 3 granito/granitoide fraturado: É muito provável encontrar zonas de granito fraturado com diaclases do tipo tri-ortogonal características da época do rift sul-americano. Nessas zonas, é possível encontrar zonas com diques de diabásico com cargas hidráulicas correspondentes à altura do lençol freático. Nestas zonas, como a profundidade do túnel alcança 160 m de profundidade e, por tanto, a carga hidráulica poderia chegar a 1600 kPa, será necessário a pre-injeção do maciço com colunas de jet-grouting, como por exemplo colunas de CCP-H. Neste caso, a TBM não poderá ser utilizada e o método de escavação terá que ser variante em NATM. Além, é previsto que seja também necessário a implementação de drenos a vácuo sistemáticos a cada metro para diminuir a vazão. Classe 1-2-3 do mica xisto: Espera-se encontrar uma foliação principalmente sub-vertical, mas eventualmente dobrada, o que levará, se for o caso, a mergulhos entre 0 e 90 graus nessas zonas. Prevemos que a TBM seja usada nessas classes.
- #49 Classe 4: milonito - falha: São zonas de falha constituídas por milonitos pouco alterados. Prevemos o uso do método NATM com arco invertido. O risco de ter uma grande carga hidráulica nos leva a recomendar o uso do dreno a vácuo sistemático a cada metro para diminuir as infiltrações e a carga hidráulica.
- #50 Classe 5: milonito alterado – falha: São zonas de falha constituídas por milonitos muito alterados com consistência de solo do tipo argilo siltoso. Prevemos o uso do método NATM com arco invertido. O risco de ter uma grande carga hidráulica nos leva a recomendar o uso do dreno a vácuo sistemático a cada metro para diminuir as infiltrações e a carga hidráulica