Em túneis, a deformação do maciço e a pressão do solo no revestimento dependem das tensões e características do maciço, das tensões do maciço, da geometria, da rigidez, do instante da colocação do revestimento. A variação das tensões no revestimento e as deformações são causadas pelo avanço da escavação e as propriedades dependentes do tempo do maciço rochoso e revestimento. O objetivo desta dissertação é apresentar um modelo numérico para a análise tridimensional de túneis em maciços rochosos no programa ANSYS. Ele constitui uma ferramenta para calcular um túnel, revestido de concreto em diferentes situações de rigidez do revestimento, processo construtivo e características do maciço. O processo de escavação e colocação do revestimento é simulado pelo método da ativação/desativação de elementos em etapas sequenciais. O maciço apresenta comportamento elástico na primeira parte, e posteriormente uma lei viscoplástica. O concreto projetado e o concreto pré-moldado do revestimento são modelados como elásticos na primeira parte, e posteriormente, como materiais viscoelásticos utilizando o modelo da cadeia de Maxwell e de Kelvin, propostos por Bazant. Ambos os modelos foram calibrados por comparação com o Código Modelo fib 2010. A simulação do túnel é realizada através da incorporação de sub-rotinas para o concreto viscoelástico no programa ANSYS. Para validar o modelo são feitas comparações dos resultados obtidos no programa ANSYS com a solução analítica, com o programa GEOMEC91 e com o Novo Método Implícito, dependendo do caso. Um estudo paramétrico em elasticidade é realizado com o código ANSYS variando alguns parâmetros relevantes. Na segunda parte, o mesmo túnel revestido é modelado com dois diferentes tipos de revestimento e os dois modelos de cadeia citados. Finalmente, é comparado o comportamento com o túnel experimental Kielder, do qual se tem dados disponíveis da instrumentação. A comparação destes dados com os resultados do programa ANSYS mostra uma aproximação muito boa. / Stabilizing underground openings such as tunnels excavated in rock mass remain a major concern of geotechnical engineers dealing with this kind of structures. In tunnels, the rock mass strain and the ground pressure on lining depend on the stress and characteristics of the rock mass as well as of the geometry, the stiffness and the moment of the lining installation. Pressure variation on lining and strain are caused by the advance of excavation and the time-dependent properties of the rock mass and lining. This dissertation describes the numerical implementation of constitutive laws in the numerical code ANSYS. It is performed a numerical simulation with 3D finite elements of a tunnel. The rock mass presents elastic behavior in the first part and then a viscoplastic law. The shotcrete and precast concrete are modeled as elastic in the first part and then viscoelastic material with the constitutive laws of the Maxwell and the Kelvin chain model, proposed by Bazant. So the characteristics of the viscoelastic concrete changes with time until the stabilization. Both chain models had to be calibrated by comparing with de fib Model Code 2010. The finite elements simulation is performed by incorporating subroutines for the viscoelastic concrete model in the ANSYS code. The method to simulate the tunnel excavations is by activating and deactivating elements in sequential steps. In the first part of the dissertation two validations are performed. The analytical solution and the deformation achieved on the stabilization in the ANSYS code are compared for the validation of an unlined tunnel. For a lined tunnel, with an elastic and viscoplastic rock mass and elastic lining, validation is performed by comparing the results of the GEOMEC91 code with the ANSYS code. The results show a very good approximation in viscoplasticity and agree perfectly in elasticity. Also a parametric study is undertaken with the ANSYS code varying some relevant parameters. In the second part, it is compared the same tunnel with the two different concrete lining and the two chain models. Finally, it is compared with the Kielder experimental tunnel, which in situ measured data is available. The comparison of this data with the results from the ANSYS code shows a very good approximation.

No presente trabalho, é apresentado um modelo numérico para análise tridimensional de túneis escavados em maciços rochosos reforçados por tirantes aderidos ao longo de todo o seu comprimento. O método numérico utilizado é o método dos elementos finitos. A abordagem usada na modelagem da interação maciço/tirante é o método de homogeneização de meios periódicos. Essa abordagem substitui o meio compósito constituído de rocha e tirantes por um meio homogeneizado equivalente, dispensando a tarefa de discretizar cada tirante separadamente. O comportamento do maciço é considerado elastoplástico perfeito, caracterizado pelo critério de Drucker-Prager, com regra de fluxo associada. O revestimento é considerado elástico, enquanto os tirantes são tratados como inclusões lineares em tração/compressão com lei de comportamento elastoplástica. Com esse modelo foi implementado um código, tridimensional, que simula o processo de escavação pelo método da ativação/desativação de elementos. Esse código é capaz de levar em conta diferentes situações de profundidade, geometria e estado inicial de tensões. Com a finalidade de avaliar o desempenho da abordagem de homogeneização, foi implementado um segundo código, que modela a interação maciço/tirante por meio do método incorporado. Esse método, muito usado em análises de concreto armado, tem em comum com o método de homogeneização a capacidade de lidar com diferentes configurações de reforços utilizando a mesma malha base. Ao final, os dois códigos são utilizados em modelagens de um caso real, o túnel experimental Kielder (Inglaterra), para o qual se dispõe de dados medidos in situ. A comparação destes dados com os resultados das duas modelagens mostra uma aproximação muito boa. / A numerical model for three-dimensional analysis of tunnels excavated in reinforced rock mass by fully grouted bolts is presented in this work. The numeric method utilized is the finite element method and the approach used in the modeling of the interaction mass/bolt is the homogenization of periodic media method. This approach replaces the composite medium formed by rock and bolts by a homogenized equivalent medium eliminating the task of discretizing each bolt separately. The rockmass behavior is considered elastoplastic perfect caracterized by the Drucker-Prager criterion with associated flow rule. The lining is elastic, while the bolts are treated as linear inclusions in tension / compression with elastoplastic behavior law. A three-dimensional code was implemented with this model that simulates the excavation process by means of the activation-deactivation method. This code is able to consider different situations of depth, geometry and initial state of stress. In order to evaluate the performance of the homogenization approach, a second code was implemented to model the interaction rockmass/bolts by means of the embedded method. This method, widely used in analysis of reinforced concrete, has in common with the approach of the homogenization the capacity to deal with different configurations of reinforcements with the same base mesh. Finally, the two codes are used to model a real case, the Kielder experimental tunnel (England), for which in situ measured data are available. The comparison of these data with the results of the two modeling shows a very good approximation.

Esta dissertação apresenta uma revisão bibliográfica dos principais aspectos envolvidos nas operações de escavação de rochas com furos de grande diâmetro na mineração a céu aberto. O trabalho expõe o método de perfuração rotativa por ser o mais utilizado na execução desta operação unitária de lavra. Faz-se também um estudo dos principais agentes de desmonte que contribuem no emprego de furos de grande diâmetro na indústria da mineração, especialmente na explotação de minérios metálicos. São analisadas as propriedades do maciço rochoso, na determinação da carga específica e sua influência nos resultados da escavação de rochas por explosivos. É realizada ainda uma análise da metodologia utilizada para o dimensionamento do plano de fogo, baseando-se na inter-relação existente entre seus diversos elementos geométricos. Apresenta-se também a teoria de crateras como uma metodologia alternativa para dimensionamento de plano de fogo. Finalmente mostram-se os principais impactos ambientais decorrentes da detonação de explosivos na escavação de rochas. / This dissertation presents a bibliographical review of the main aspects involved in the open pit blasting operation using large diameter blastholes. The work displays the method of rotary drilling, being the most frequent used in the execution of this mining unitary operation. Here is presented a study of the main blasting agents that contribute to the increasing application of large diameter blastholes in the mining industry, especially in the field of metallic ores. The properties of the rock mass are analysed, in the determination of the powder factor and its influence on the results of rock excavation by explosives. An analysis of the methodology used for the determination a shot plan is carried out based on the existing interrelation between diverse geometric elements involved. The crater theory is also presented as an alternative methodology for the same purpose. Finally, the main environmental impacts caused by blasting in the rock excavation are discussed.

Em túneis, a deformação do maciço e a pressão do solo no revestimento dependem das tensões e características do maciço, das tensões do maciço, da geometria, da rigidez, do instante da colocação do revestimento. A variação das tensões no revestimento e as deformações são causadas pelo avanço da escavação e as propriedades dependentes do tempo do maciço rochoso e revestimento. O objetivo desta dissertação é apresentar um modelo numérico para a análise tridimensional de túneis em maciços rochosos no programa ANSYS. Ele constitui uma ferramenta para calcular um túnel, revestido de concreto em diferentes situações de rigidez do revestimento, processo construtivo e características do maciço. O processo de escavação e colocação do revestimento é simulado pelo método da ativação/desativação de elementos em etapas sequenciais. O maciço apresenta comportamento elástico na primeira parte, e posteriormente uma lei viscoplástica. O concreto projetado e o concreto pré-moldado do revestimento são modelados como elásticos na primeira parte, e posteriormente, como materiais viscoelásticos utilizando o modelo da cadeia de Maxwell e de Kelvin, propostos por Bazant. Ambos os modelos foram calibrados por comparação com o Código Modelo fib 2010. A simulação do túnel é realizada através da incorporação de sub-rotinas para o concreto viscoelástico no programa ANSYS. Para validar o modelo são feitas comparações dos resultados obtidos no programa ANSYS com a solução analítica, com o programa GEOMEC91 e com o Novo Método Implícito, dependendo do caso. Um estudo paramétrico em elasticidade é realizado com o código ANSYS variando alguns parâmetros relevantes. Na segunda parte, o mesmo túnel revestido é modelado com dois diferentes tipos de revestimento e os dois modelos de cadeia citados. Finalmente, é comparado o comportamento com o túnel experimental Kielder, do qual se tem dados disponíveis da instrumentação. A comparação destes dados com os resultados do programa ANSYS mostra uma aproximação muito boa. / Stabilizing underground openings such as tunnels excavated in rock mass remain a major concern of geotechnical engineers dealing with this kind of structures. In tunnels, the rock mass strain and the ground pressure on lining depend on the stress and characteristics of the rock mass as well as of the geometry, the stiffness and the moment of the lining installation. Pressure variation on lining and strain are caused by the advance of excavation and the time-dependent properties of the rock mass and lining. This dissertation describes the numerical implementation of constitutive laws in the numerical code ANSYS. It is performed a numerical simulation with 3D finite elements of a tunnel. The rock mass presents elastic behavior in the first part and then a viscoplastic law. The shotcrete and precast concrete are modeled as elastic in the first part and then viscoelastic material with the constitutive laws of the Maxwell and the Kelvin chain model, proposed by Bazant. So the characteristics of the viscoelastic concrete changes with time until the stabilization. Both chain models had to be calibrated by comparing with de fib Model Code 2010. The finite elements simulation is performed by incorporating subroutines for the viscoelastic concrete model in the ANSYS code. The method to simulate the tunnel excavations is by activating and deactivating elements in sequential steps. In the first part of the dissertation two validations are performed. The analytical solution and the deformation achieved on the stabilization in the ANSYS code are compared for the validation of an unlined tunnel. For a lined tunnel, with an elastic and viscoplastic rock mass and elastic lining, validation is performed by comparing the results of the GEOMEC91 code with the ANSYS code. The results show a very good approximation in viscoplasticity and agree perfectly in elasticity. Also a parametric study is undertaken with the ANSYS code varying some relevant parameters. In the second part, it is compared the same tunnel with the two different concrete lining and the two chain models. Finally, it is compared with the Kielder experimental tunnel, which in situ measured data is available. The comparison of this data with the results from the ANSYS code shows a very good approximation.

As escavações subterrâneas têm estado sempre afetadas pelas condições dos maciços, os quais apresentam diferentes características e comportamentos frente a deformações ocasionadas após a escavação de uma galeria ou túnel. Em virtude disto, torna-se necessário uma análise dos parâmetros que permitam estabelecer as condições de segurança do túnel e propõe-se o uso de um sistema estéreo de rastreamento ótico para analisar o deslocamento de artefatos (conjunto de marcadores) instalados sobre o contorno das faces do túnel, a fim de detectarem-se deslocamentos do maciço em pontos estabelecidos com precisão menor a ±1 mm. O sistema proposto opera na região espectral do infravermelho, permitindo assim uma operação em ambientes com baixa luminosidade e com inserção de ruído ótico. Adicionalmente o trabalho inclui resultados de validação e desenvolvimento do sistema de visão estéreo baixo condições de dois cenários de diferente volume espacial, assim como o procedimento realizado para a calibração dos parâmetros intrínsecos e extrínsecos dos sensores do sistema (câmeras monocromáticas). Os resultados obtidos apresentam uma precisão de ±0,1881 mm para artefatos com três marcadores e uma precisão de ±0,4952 para artefatos com quatro marcadores. Finalmente, o sistema opera com uma sensibilidade de 0,99 mm na determinação da posição de um artefato associado a um ponto do perfil do túnel, e desta forma, podem-se definir as condições de estabilidade do maciço rochoso e os requisitos para auxilio as decisões de métodos de tratamento e aumento da segurança. / Underground excavations have always been affected by the conditions of mass, which have different characteristics and behaviors against deformation caused after excavation of a gallery or tunnel. Because of this, it is necessary an analysis of the parameters needed to establish the safety conditions of the tunnel and it is proposed the use of a stereo optical tracking to analyze the displacement of artifacts (set of markers) installed on the contour of tunnels’ faces in order to detect displacements of the mass points established with a precision lower than ±1 mm. This system operates in the infrared spectral region to take advantage of the low light and reduce the optical noise in environments with grace. Further work includes validation results and development of low stereo vision conditions of two different scenarios spatial volume, as well as the procedure carried out to calibrate the intrinsic and extrinsic parameters of the system sensors (monochrome camera) system. The results show an accuracy of ± 0,1881 mm for artifacts with three markers and an accuracy of ± 0,4952 for artifacts with four markers. Finally, the system operates with a sensitivity of 0,99 mm in the determination of an artifact associated with a point in the tunnel profile position, and thus, one can define the conditions for stability of the rock mass and assistance requirements for the decisions of treatment methods and increased.

Este trabalho estuda os resultados obtidos da aplicação de um modelo tridimensional de previsão de comportamento de túneis profundos em rocha reforçados com tirantes passivos. Utiliza-se o método dos elementos finitos e simula-se a escavação pelo sistema de ativação e desativação de elementos. Os tirantes são tratados com uma lei de comportamento elastoplástica e o maciço reforçado com tirantes é considerado um meio homogêneo anisotrópico em escala macroscópica, através do método de homogeneização dos meios periódicos. Para a análise paramétrica foi verificada a influência dos parâmetros do sistema de reforço e do maciço. Resultados em termos de convergência do túnel e tensões são apresentados e indicam que, para o caso analisado, o comprimento dos tirantes é um fator de reduzida influência. A densidade de tirantes possui maior importância, porém, esta não é afetada por modificações na coesão e no módulo de elasticidade do maciço. A distância de aplicação dos tirantes à face de escavação se mostrou significativa somente para valores abaixo de 1/3 do raio do túnel, para valores acima, os deslocamentos já ocorreram e, portanto, não mobilizavam mais os tirantes. Verificou-se que a concentração de tensões σrr acontece na parte superior e inferior do túnel e, também, antes da frente de escavação. O ângulo de atrito demonstrou influência irrisória na convergência, diferentemente da coesão que diminui a convergência, tanto do teto como da parede do túnel, à medida que seu valor aumenta. O empuxo lateral exibiu ainda maior significância, revelando o quanto é importante sua correta determinação, especialmente na convergência lateral do túnel. Ainda, constatou-se a grande importância da combinação de tirantes com revestimento em concreto, que juntos, diminuíram em aproximadamente 25% os deslocamentos no teto do túnel. / This work studies the results obtained from the application of a three-dimensional model to predict the behavior of bolted reinforced rock mass deep tunnel. The finite element method is used to model and simulate the excavation through the activation and deactivation of elements. The bolts are treated with an elastoplastic law and the rock mass is considered as a homogenized anisotropic medium on the macroscopic scale through the homogenization method of periodic media. In the parametric analysis was studied the influence of the parameters of the reinforcement system and the rock mass. Results in terms of convergence of the tunnel and stresses are presented and indicate that, for the studied case, the length of the bolts is a factor of little influence. The density of bolts has a greater importance, however, its influence was not affected by changes in cohesion and elasticity modulus of the rock mass. The distance between the bolted zone and the facing of the tunnel was a significant parameter only for values below 1/3 of the tunnel’s radius, for distances greater than this, the displacements had already occurred and did not mobilize the bolts anymore. It was verified that stress concentration σrr occurs in the top and bottom of the tunnel, and also before the facing of the excavation. The friction angle demonstrated negligible influence on the convergence, unlike the cohesion, which decreases the convergence of the roof and tunnel’s wall as its value increases. The coefficient of lateral earth pressure at rest, k0, exhibited even greater significance, revealing how important its correct determination is, especially for the lateral convergence of the tunnel. Still, it was observed the great importance of the combination of bolts and concrete lining, which together decreased by approximately 25% the displacement of the tunnel’s roof.

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ambiente subterrâneo oferece rotas de deslocamento entre pontos de forrageamento ou local de estoque de alimentos e abrigo contra predadores e frio ou calor intensos. Dentre os roedores, cerca de 250 espécies usam o espaço subterrâneo (11%). Algumas dessas espécies são \"subterrâneas estritas\", mas a maioria são \"fossoriais\" em diferentes graus de dependência do subterrâneo, como o Clyomys bishopi que forrageia sobre a terra. O objetivo deste trabalho foi caracterizar o sistema subterrâneo dessa espécie endêmica do cerrado paulista, e correlacionar com aspectos distais e proximais do comportamento de escavação. No primeiro capítulo, são descritos os sistemas subterrâneos e verificadas suas relações com variáveis ambientais. No segundo, o uso do espaço pela espécie é investigado a partir da dinâmica de abertura das bocas de tocas de sistemas ao longo de dois anos. No terceiro capítulo, a temperatura interna dos sistemas é caracterizada e investigada quanto à sua relação com variáveis ambientais. Finalmente o último capítulo apresenta uma revisão sistemática sobre o uso de sistemas subterrâneos em Rodentia. Os sistemas subterrâneos de C. bishopi são complexos, com diversos túneis, bocas e câmaras de estocagem de sementes e com material de ninho. Os sistemas são maiores e mais profundos na estação seca do que na chuvosa. A espécie abre e fecha as bocas de seus sistemas ao longo do ano, e o maior número de abertura de bocas foi encontrado na estação seca em paisagem aberta, apoiando a hipótese de que os sistemas subterrâneos para a espécie funcionam principalmente como rotas de deslocamento entre áreas de forrageamento, protegidos de predadores. A temperatura apresenta um ciclo circadiano com acrofase após o pôr do sol sem distinção entre as estações climáticas, têm relações com a paisagem em que estão inseridas, sendo menores nas paisagens fechadas e mais elevadas na chuva, com temperatura mais elevada dentro da toca durante a noite e início da manhã. Os hábitos subterrâneos carregam sinais filogenéticos e tem relação com hábitos sociais, interações com o ambiente e a disponibilidade de alimento nos dois sentidos, seja no ganho ou na perda da socialidade. A manutenção da vida social numa espécie e a complexidade dos sistemas relacionam-se também com a maior compactação do solo. A hipótese das relações evolutivas entre a formação de colônias de sistemas subterrâneos, com seus usos e a vida social pode ser testada em trabalhos futuros / The subterranean environment provides displacement routes between foraging points or food storage locations and shelter from predators and intense heat or cold. Among rodents, about 250 species use underground space (11%). Some of these species are strictly subterranean, but most of them are \"fossorial\" in varying degrees of subterranean dependence, such as the Clyomys bishopi that forages above ground. The aim of this study was to characterize the burrow system of this species (that is endemic to cerrado of São Paulo) and to correlate with distal and proximal aspects of the burrowing behavior. In the first chapter, the burrow systems are described and their relationships with environmental variables are verified. In the second, the use of space by the species is investigated from the dynamics of opening and closing burrow systems entrances over two years. In the third chapter, the internal burrow\'s temperature is characterized and it is investigated in relation to the environmental variables. Finally, the last chapter presents a systematic review about the use of burrow systems in Rodentia. Burrow systems of C. bishopi are complex, with several tunnels, entrances and chambers of food storage and nest material. The systems are larger and deeper in the dry season than in the rainy one. The species opens and closes the entrances of its systems throughout the year, and the largest number of entrance openings was found in the dry season that are in open landscape, supporting the hypothesis that this species uses the burrow systems mainly as displacement routes between foraging areas, protected from predators. Temperature exhibits a circadian rhythm with acrophase after sunset without distinction between climatic seasons. This rhythm has relations with the landscape in which they are inserted: smaller in the closed landscapes and more elevated in the rain with higher temperature inside the burrow during night and early in the morning. Subterranean lifestyle carries phylogenetic signals and is related to social habits with interactions between the aridity and the availability of food and sociality on both directions: gain or loss of sociality. Also there are relations soil hardness, burrow\'s complexity and the maintenance of sociality among species. The hypothesis of the evolutionary relationships between the formation of burrow systems colonies with their uses and sociality can be tested in future studies

Este trabalho busca identificar no registro sísmico de rupturas induzidas em modelos físicos reduzidos, indicativos de emissões espontâneas pelo maciço, associadas ao processo de ruptura na condição de pré-colapso, buscando contribuir para o aperfeiçoamento de técnicas para a melhoria das condições de segurança em escavações de túneis ou em outras obras geotécnicas potencialmente críticas. É utilizado para isto, um sistema de registro sísmico baseado em arquitetura PC de baixo custo. Como a análise dos sinais não é feita em tempo real, para facilitar a interpretação são gravadas imagens de vídeo da escavação sincronizadas com o registro sísmico. Espectrogramas dos trechos significativos selecionados são então analisados em conjunto com as imagens de vídeo e os registros sísmicos, para a verificação da viabilidade técnica da monitoração proposta. Também são sugeridos neste trabalho, alguns critérios necessários para a implementação e utilização de sistemas deste tipo.

O objetivo deste trabalho é apresentar aspectos e diretrizes para a modelagem de túneis e estruturas subterrâneas pelo Método dos Elementos Finitos. Secundariamente, existe a proposta de se verificar a adequabilidade do programa TOCHNOG como uma ferramenta computacional para a resolução de problemas de natureza geotécnica. Uma revisão bibliográfica sobre as práticas correntes de previsão de comportamento do solo frente às escavações é apresentada com o intuito de subsidiar as análises numéricas. São abordadas questões sobre o comportamento do suporte da escavação e métodos de obtenção de esforços solicitantes, bem como sobre modelos constitutivos comumente utilizados em análises numéricas. Simulações numéricas são realizadas com o intuito de fornecer subsídios para a modelagem e o refinamento de uma malha de elementos finitos, além de critérios para utilização de elementos sólidos e de viga. O fluxo de tensões principais no suporte da escavação é estudado com o objetivo de subsidiar a concepção da geometria de uma escavação e dirimir dúvidas quando ao emprego do arco invertido provisório em túneis em solos. Por fim, uma retro-análise do Túnel Paraíso do Metrô de São Paulo é realizada, empregando-se os modelos constitutivos de Mohr-Coulomb e Cam-Clay Modificado para representar o solo e a técnica de amolecimento de miolo para reproduzir o efeito tridimensional do arqueamento de tensões. Comentários são realizados com o objetivo de fomentar futuras pesquisas na área.