Influence of the cracking consideration in the displacements of a shallow tunnel lined in steel-reinforced concrete : numerical model

Abstract

The study of shallow tunnels introduces different aspects when compared to deep tunnels analysis. Among these characteristics can be emphasized the non-uniform shape of the deformed cross-section and the impossibility of some simplifications such as the consideration of homogeneous stresses around the excavation. Since the tunnel lining is subject to combined bending and compression, shallow tunnels are more susceptible to the development of final tensile stresses (not founded in deep tunnels) and the consequent concrete cracking. This paper presents a numerical simulation in finite elements with the ANSYS software. The purpose of the study is to analyze the cracking influence in the displacements of shallow tunnels, treating the concrete behavior by three different models: elastic, viscoelastic and viscoelastic with cracking effects.

O estudo de túneis superficiais apresenta peculiaridades se comparado à análise de túneis profundos. Dentre estes aspectos, pode-se enfatizar o formato não uniforme da seção deformada e a impossibilidade de adotar algumas simplificações, como a consideração de tensões uniformes ao redor da escavação. Uma vez que o revestimento do túnel está sujeito à flexo-compressão, túneis superficiais são mais suscetíveis ao desenvolvimento de tensões finais de tração (não encontradas em túneis profundos) e a consequente fissuração do concreto. Este artigo apresenta uma simulação numérica pelo método dos elementos finitos, realizada com o software ANSYS. O estudo tem o objetivo de analisar a influência da fissuração nos deslocamentos de túneis superficiais, ao tratar o comportamento do concreto por meio de três diferentes modelos: elástico, viscoelástico e viscoelástico com fissuração.