Análise da deformação de um túnel em um maciço viscoplástico : elaboração de ábacos para o pré-dimensionamento

Abstract

O presente trabalho apresenta um estudo paramétrico realizado através de análises executadas com softwares que utilizam o método de elementos finitos. Estas análises simulam a escavação de um túnel em um maciço com comportamento viscoplástico, isto é, maciços que apresentam efeitos a longo prazo. Para efeitos de simplificação do estudo, o meio escavado é considerado homogêneo e isotrópico, a velocidade de escavação é constante, a seção do túnel é circular, a face de escavação é plana e vertical e o túnel é profundo. O critério de comportamento de sólidos adotado foi o de von Mises. Os softwares utilizados no presente trabalho foram o GEOMEC91 e o Ansys, os quais simulam o processo de escavação do túnel através do método de ativação e desativação dos elementos. A modelagem dos efeitos de viscoplasticidade foi realizada utilizando o modelo de Bingham com o software GEOMEC91 e o modelo de Perzyna no Ansys. O trabalho reúne, ao todo, 84 análises no estudo paramétrico realizado através do software GEOMEC91 e algumas análises com o software Ansys, de modo a compatibilizar os modelos dos dois programas. As análises realizadas no GEOMEC91 foram divididas em três grupos, com distâncias não revestidas durante a construção diferentes (0, 2/3R e 4/3R). Em cada um desses grupos foram realizadas diferentes análises, variando quatro velocidades de escavação diferentes e sete valores de rigidez de revestimento. Após todas essas análises, é apresentado um ábaco de convergência para cada distancia não revestida da construção do túnel. Estes ábacos poderão ser aplicados para se ter uma boa noção do comportamento de túneis, quando variado esses parâmetros. Os resultados obtidos mostram a pequena influência da velocidade de escavação, quando se tem uma distância não revestida pequena. Já em casos onde se tem uma grande distância não revestida, pode-se observar que, pequenas velocidades acarretam grandes convergências. A partir das análises realizadas com o Ansys, se obteve um modelo compatível com o utilizado pelo GEOMEC91, mesmo utilizando outra teoria para simular os efeitos de viscoplasticidade do maciço. Com este modelo no Ansys, se abrem muitas portas para futuros estudos na área.

This paper presents a parametric study made by analyses performed with software using the finite element method. Those analyses simulates the tunneling into a massif with viscoplastic behavior, i.e., presenting long-term effects. For the purposes of study simplification, the soil excavated is homogeneous and isotropic, the excavation speed is constant, the tunnel section is circular, the excavation face is flat and vertical, and the tunnel is deep. The plasticity model was the proposed by von Mises. The software used in this work were the GEOMEC91 and Ansys, which simulate the tunnel excavation process by the method of activation and deactivation of the elements. The modeling of the viscoplasticity effects was simulated using the Bingham model with GEOMEC91 and the Perzyna model in ANSYS. The work shows 84 analyses of the parametric study made with GEOMEC91 and some analyses with Ansys in order to reconcile the models of the two programs. The analyses made with GEOMEC91 were divided into three groups, with different values for the moment of the support installation (do). In each of these groups, different analyses were performed by varying four different speeds and seven support stiffness values. After all these analyses, a convergence diagram is displayed for each value of the moment of support installation. These diagrams can be used to understand better the tunnel behavior when varied these parameters. The results show the small influence of the excavation speed when you have a small distance of the moment of support installation. In cases where this distance is bigger, it can be seen that small excavation speed causes large convergences. From the analyses with Ansys, was obtained a model compatible with the one used by GEOMEC91, even using another theory to simulate the viscoplasticity effects. With this model in Ansys, many doors are open for future studies in this area.