Submitted by Fatima Fonseca (fatima.fonseca@sibi.ufrj.br) on 2017-09-20T16:57:26Z No. of bitstreams: 1 146230.pdf: 3305718 bytes, checksum: 2ebc036336c1382974451d33130e495c (MD5) / Made available in DSpace on 2017-09-20T16:57:26Z (GMT). No. of bitstreams: 1 146230.pdf: 3305718 bytes, checksum: 2ebc036336c1382974451d33130e495c (MD5) Previous issue date: 1977-09 / O presente trabalho consta de um programa automático para o estudo bidimensional de aberturas subterrâneas sob condições de deformação plana. As análises numéricas são realizadas através do Método dos Elementos Finitos (MEF) utilizando-se o elemento isoparamétrico quadrático. São assumidas relações tensão-deformação elásticas linear e bi-linear considerando-se a heterogeneidade do maciço e o processo sequencial de escavação. Em algumas simulações adota-se o processo construtivo de túneis pela couraça. Idealiza-se um modelo estrutural analítico para o tratamento numérico de escavações subterrâneas por meio dos elementos finitos, cujos resultados tornam-se confiáveis a partir de comparações com algumas soluções disponíveis. / The present dissertation is about a two-dimensional computer program for the analysis of underground openings under plane-strain conditions. The numerical analyses are carried out by means of Finite Element Method (FEM) the quadratic isoparametric element being used. Linear and bi-linear elastic behaviours are assumed. Soils heterogeneity and sequential excavation are taken into account. The shield construction method for tunneling in soils is simulated in some examples. A structural modelling is assumed for the study of underground excavations through the finite elements. Comparisons of numerical results with existing solutions show that the FEM is reliable.

Pesquisas e projetos envolvendo a complexa interação de maciços rochosos com estruturas de suporte de túneis evoluem constantemente. A adoção de modelos numéricos sofisticados aliada ao desenvolvimento de computadores com capacidade de processamento crescente possibilitam representações mecânicas de processos complexos. Para análises geotécnicas, considerações de resistência, deformabilidade e condutividade hidráulica do maciço são encontradas em códigos computacionais com representações próximas das encontradas nas pesquisas experimentais de vanguarda da área. Por outro lado, estes mesmos códigos atribuem com frequência ao comportamento do concreto reforçado representações simplistas, muitas vezes com base na teoria da elasticidade. Implicações econômicas e de incerteza na avaliação da segurança decorrem desta forma de representação. Esta pesquisa visa a contribuir para análises da interação entre maciço e suporte de uma escavação subterrânea. Para tanto foram elaboradas simulações numéricas considerando técnicas consagradas de avaliação mecânica de uma escavação, aliadas a uma representação do concreto reforçado considerando o marcante efeito de fissuração. Com foco no comportamento do concreto foram desenvolvidas simulações numéricas de distintas estruturas de concreto reforçado selecionadas na literatura e que contam com boa instrumentação e caracterização mecânica adequada de seus materiais. Os resultados obtidos indicam a possibilidade da avaliação concomitante das complexas características do maciço assim como do concreto reforçado. Este fato contribui para a avaliação da segurança de uma escavação subterrânea com possíveis repercussões no custo das obras. / Research and projects involving the intricate interaction between rock mass and tunnel support structures constantly evolve. The adoption of sophisticated numerical models allied to the development of computers with an increasing processing capacity allows mechanical representations of complex processes. For geotechnical analysis, considerations on rock mass strength, deformability and hydraulic conductivity are found in computational codes with representations close to those found in vanguard experimental research of this subject. However, these same codes often attribute simplistic representations to reinforced concrete behavior, frequently based on elasticity theory. Economic and uncertainty implications in safety evaluation result from this sort of representation. This research aims to contribute to analysis of interaction between rock mass and support of an underground excavation. Thus, numerical simulations were elaborated considering established techniques of mechanical evaluation of excavations, allied to a reinforced concrete representation taking into account the prominent effect of cracking. Focused on the concrete behavior, there were developed numerical simulations of distinct reinforced concrete structures selected in literature and that rely on fair instrumentation and adequate mechanical characterization of the involved materials. The results indicate the possibility of concomitant evaluation of the rock mass complex character and the reinforced concrete. This fact contributes to safety evaluation of an underground excavation with potential repercussions on project cost.

Considerando os conceitos de predição, ocorrência e monitoramento de movimento de maciços rochosos e terrosos submetidos a escavações subterrâneas, enfatiza-se que a tese está voltada para o aspecto do monitoramento fundamentalmente. Estabelece-se uma metodologia técnica para a análise e interpretação de dados históricos gerados pelas medidas de instrumentação geotécnica, fundamentada em critérios geomecânicos e da estatística clássica. Analisam-se diferentes variáveis que participam ou definem o mecanismo: movimento de maciços rochosos e terrosos submetidos a escavações subterrâneas. Como resultado de toda esta análise determinam-se correlações entre as variáveis pesquisadas e a partir dai se estabelecem modelos funcionais entre elas, que definem o comportamento do movimento do maciço na construção da escavação subterrânea. A metodologia proposta é validada usando trabalhos realizados em três túneis de características diferentes. Os resultados desta tese de doutorado são extrapolados para sua aplicação à mineração subterrânea, como também a outros ramos da indústria extrativa, considerando que estes resultados foram obtidos a partir da construção de túneis urbanos de grande porte. / This thesis studies prediction, occurrence and monitoring of movements in rock and soil masses in underground excavations, it is emphasized that the study bases fundamentally on monitoring. A technical methodology is proposed for analysis and interpretation of time series from geotechnical instrumentation measurements, based on geomechanical criteria and classic statistics. The most important variables that define the mechanism are analyzed: movements in underground excavations in rock and soil masses. The results of the analysis are correlations between variables and functional models of variables that characterize rock or soil mass movement in underground excavations construction. The proposed methodology is validated with data from three tunnels with different characteristics. The results of this study are applied to underground mining and to other areas of the extractive industry, since these results came from construction of large urbane tunnels.

Pesquisas e projetos envolvendo a complexa interação de maciços rochosos com estruturas de suporte de túneis evoluem constantemente. A adoção de modelos numéricos sofisticados aliada ao desenvolvimento de computadores com capacidade de processamento crescente possibilitam representações mecânicas de processos complexos. Para análises geotécnicas, considerações de resistência, deformabilidade e condutividade hidráulica do maciço são encontradas em códigos computacionais com representações próximas das encontradas nas pesquisas experimentais de vanguarda da área. Por outro lado, estes mesmos códigos atribuem com frequência ao comportamento do concreto reforçado representações simplistas, muitas vezes com base na teoria da elasticidade. Implicações econômicas e de incerteza na avaliação da segurança decorrem desta forma de representação. Esta pesquisa visa a contribuir para análises da interação entre maciço e suporte de uma escavação subterrânea. Para tanto foram elaboradas simulações numéricas considerando técnicas consagradas de avaliação mecânica de uma escavação, aliadas a uma representação do concreto reforçado considerando o marcante efeito de fissuração. Com foco no comportamento do concreto foram desenvolvidas simulações numéricas de distintas estruturas de concreto reforçado selecionadas na literatura e que contam com boa instrumentação e caracterização mecânica adequada de seus materiais. Os resultados obtidos indicam a possibilidade da avaliação concomitante das complexas características do maciço assim como do concreto reforçado. Este fato contribui para a avaliação da segurança de uma escavação subterrânea com possíveis repercussões no custo das obras. / Research and projects involving the intricate interaction between rock mass and tunnel support structures constantly evolve. The adoption of sophisticated numerical models allied to the development of computers with an increasing processing capacity allows mechanical representations of complex processes. For geotechnical analysis, considerations on rock mass strength, deformability and hydraulic conductivity are found in computational codes with representations close to those found in vanguard experimental research of this subject. However, these same codes often attribute simplistic representations to reinforced concrete behavior, frequently based on elasticity theory. Economic and uncertainty implications in safety evaluation result from this sort of representation. This research aims to contribute to analysis of interaction between rock mass and support of an underground excavation. Thus, numerical simulations were elaborated considering established techniques of mechanical evaluation of excavations, allied to a reinforced concrete representation taking into account the prominent effect of cracking. Focused on the concrete behavior, there were developed numerical simulations of distinct reinforced concrete structures selected in literature and that rely on fair instrumentation and adequate mechanical characterization of the involved materials. The results indicate the possibility of concomitant evaluation of the rock mass complex character and the reinforced concrete. This fact contributes to safety evaluation of an underground excavation with potential repercussions on project cost.

Considerando os conceitos de predição, ocorrência e monitoramento de movimento de maciços rochosos e terrosos submetidos a escavações subterrâneas, enfatiza-se que a tese está voltada para o aspecto do monitoramento fundamentalmente. Estabelece-se uma metodologia técnica para a análise e interpretação de dados históricos gerados pelas medidas de instrumentação geotécnica, fundamentada em critérios geomecânicos e da estatística clássica. Analisam-se diferentes variáveis que participam ou definem o mecanismo: movimento de maciços rochosos e terrosos submetidos a escavações subterrâneas. Como resultado de toda esta análise determinam-se correlações entre as variáveis pesquisadas e a partir dai se estabelecem modelos funcionais entre elas, que definem o comportamento do movimento do maciço na construção da escavação subterrânea. A metodologia proposta é validada usando trabalhos realizados em três túneis de características diferentes. Os resultados desta tese de doutorado são extrapolados para sua aplicação à mineração subterrânea, como também a outros ramos da indústria extrativa, considerando que estes resultados foram obtidos a partir da construção de túneis urbanos de grande porte. / This thesis studies prediction, occurrence and monitoring of movements in rock and soil masses in underground excavations, it is emphasized that the study bases fundamentally on monitoring. A technical methodology is proposed for analysis and interpretation of time series from geotechnical instrumentation measurements, based on geomechanical criteria and classic statistics. The most important variables that define the mechanism are analyzed: movements in underground excavations in rock and soil masses. The results of the analysis are correlations between variables and functional models of variables that characterize rock or soil mass movement in underground excavations construction. The proposed methodology is validated with data from three tunnels with different characteristics. The results of this study are applied to underground mining and to other areas of the extractive industry, since these results came from construction of large urbane tunnels.

Made available in DSpace on 2014-07-29T15:18:25Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DM LUCAS.pdf: 3465036 bytes, checksum: 8f3ffb1c56acebb8a4d9a43cdb6113d2 (MD5) Previous issue date: 2009-06-09 / Currently, the increasing demand for great workmanships in Brazil, had become an impediment for the development of Brazil. The Geotechnical Engineering is considered an essential tool, in great workmanships (hydroelectric power plants, subways, tunnels, etc.) supplying technical support for design and construction. In this context, the underground excavations in rock have increased too much. This work presents a study of the behavior of the closer of an underground excavation in rock, where it was considered as case study, Simplício hydroelectric power plant, located in the Paranaíba do Sul river, in frontiers of the States of Rio de Janeiro and Minas Gerais. By means of laboratory tests with samples of intact rock and survey mapping of discontinuities, was characterizes the rock mass. Establishing the principal geomechanic parameters and estimating the in-situ stress state of the rock mass, then was chose the geomechanical model and made a numerical simulation of the excavation process tunnel help downstream of tunnel 3. For the tunnel study was conducted a numerical axial analysis symmetry of the relaxation of the excavated mass on the distance from the face of excavation, to determine the moment of installation and simulate a support of the tunnel closer. For the carried out simulation, the rock mass behaved only in the elastic range, finding closer the results of the simulation, the results on the field by monitoring the tunnel. It was observed that for the degree of alteration of the studied mass, the rupture could occur for the rock as well for the discontinuities, depending on the wedges formed for the discontinuities families and the support type applied in the rock mass / Atualmente, a crescente demanda por grandes obras no Brasil, tem se tornado um gargalo para o desenvolvimento. A Geotecnia se coloca como uma ferramenta essencial, em obras de infra-estrutura (usinas hidrelétricas, metrôs, túneis etc.); fornecendo suporte técnico para projetos e execução de obras. Neste contexto, as escavações subterrâneas em rocha têm aumentado muito na última década. Esta dissertação apresenta um estudo do comportamento da convergência de uma escavação subterrânea em rocha, onde foi considerado como estudo de caso, a Usina Hidroelétrica (UHE) de Simplício/Anta, localizada no Rio Paraíba do Sul, na divisa entre os Estados do Rio de Janeiro e Minas Gerais. Por meio de ensaios em laboratório com amostras de rocha intacta, levantamento estrutural da rocha, e resultado de ensaios em campo foi caracterizado o maciço rochoso. Determinados os principais parâmetros geomecânicos e estimado o estado das tensões originais da rocha, foi então escolhido o modelo geomecânico e realizado a simulação numérica do processo de escavação do túnel auxiliar de jusante do túnel 3 (TAJ TN3). Para o túnel estudado foi realizado uma analise numérica axissimetrica da relaxação do maciço escavado em relação a distância da face de escavação, para determinação do momento da instalação do suporte e simulação bidimensional da convergência do túnel. Para a simulação realizada o maciço comportou-se apenas na faixa elástica, aproximando os resultados obtidos pela simulação, dos resultados em campo através do monitoramento da convergência. Foi observado que para o grau de alteração do maciço estudado, os modos de ruptura, podem ser tanto pela rocha quanto pelas descontinuidades, dependendo das cunhas formadas pelas famílias de descontinuidades e pelo tipo de suporte aplicado no maciço rochoso