EXPERIMENTAÇÃO LABORATORlAL PARA MONITORIZAÇÃO DE CONVERGÊNCIAS EM

TÚNEIS COM O MÉTODO EXTENSOMÉTRICO

3ª Jornada técnico-científica Medio Ambiente Subterráneo y

Sostenibilidad

Investigación e InnovaciónQuito

Ecuador

Matilde Costa e Silva, Miriam Ferreira, Vidal Navarro Torres, Paula Falcão Neves

EXPERIMENTACIÓN EN LABORATORIO PARA LA MONITORIZACIÓN DE CONVERGENCIAS EN TÚNELES CON

MÉTODO EXTENSOMÉTRICO

• Introdução

• Ensaios Realizados

• Resultados dos Ensaios e sua Análise

• Comparação entre Deslocamentos

Medidos e Calculados

• Conclusões

ÍNDICE

INTRODUÇÃO

• Para a aferição da segurança de qualquer

obra geotécnica é indispensável a

realização de um Plano de Observação.

• Nas obras subterrâneas como é o caso da

abertura de túneis o Plano de Observação

tem como objectivo avaliar os

comportamentos mecânicos:

do maciço rochoso onde foi feita a

escavação,

dos suportes a instalar (permitem a

execução e manutenção da escavação),

da interacção suporte/maciço rochoso.

Observação:

Acção que vise esclarecer os comportamentos

mecânicos por forma a possibilitar a sua

modelação recorrendo para tal à instalação de

equipamentos em determinados perfis e secções

do túnel.

Os equipamentos a instalar são determinados

pelas grandezas a medir, já definidas no

projecto:

deslocamentos, tensões, forças, caudais, outras

grandezas preponderantes para a análise de estabilidade daquela obra.

INTRODUÇÃO

INTRODUÇÃO

A importância destas grandezas para a avaliação da segurança da obra pode variar consoante a fase (construtiva ou de serviço) em que se pretende fazer a análise de segurança, assim, é natural que a periodicidade das leituras seja maior durante a fase de construção do que aquela que se considera necessária para a fase de exploração da obra.

Relevante na selecção dos equipamentos/metodologias de leitura é o método de escavação e de instalação de suportes:

colocados simultaneamente com as operações de escavação,

ou posteriormente à escavação.

INTRODUÇÃO

A observação, durante a fase de construção, permite a aferição das metodologias de dimensionamento e execução comprovando-as ou obrigando à sua reformulação para garantia da segurança.

A selecção da instrumentação baseia-se na precisão requerida, na sensibilidade, no tempo de resposta, no custo (aquisição, instalação, tratamento dos dados obtidos bem como os resultantes das perturbações que estes equipamentos venham a introduzir no avanço dos trabalhos).

INTRODUÇÃO

Só deste modo se sensibilizam todos os intervenientes no projecto para a importância da observação na segurança dos trabalhos.

O equipamento deverá ser:

robusto, de utilização simples, na medida do possível, permitir a medição em tempo real, isto é ter um baixo tempo de resposta e evitar a introdução de quaisquer perturbações no andamento dos trabalhos.

Actualmente, o mercado dispõe de vários tipos de equipamentos adequados à observação de estruturas subterrâneas ou mesmo desenvolvidas especificamente para este tipo de obras, permitem a medição das mesmas grandezas recorrendo a dispositivos conceptualmente distintos e tecnologicamente muito diferenciados mas que garantem fiabilidades, durabilidades, sensibilidades, precisões e campos de medida muito semelhantes.

Dinis da Gama desenvolveu uma metodologia de fácil aplicação que permite o registo contínuo de extensões em pontos sensíveis das estruturas metálicas de suporte utilizadas em túneis e designadas por cambotas.

Para túneis já em serviço, o método extensométrico é igualmente aplicável em barras ou perfis de material de elevada resistência, previamente solidarizados com o revestimento do túnel.

Geralmente, na medição das extensões são utilizados extensómetros eléctricos de resistência ou sensores de fibra óptica.

Este método, já patenteado, utiliza um programa de cálculo, previamente adaptado à geometria da obra e permite determinar os deslocamentos relativos daqueles pontos.

INTRODUÇÃO

INTRODUÇÃO

Para se avaliar o comportamento de um túnel, quando este se encontra sujeito a cargas que resultam do peso próprio dos terrenos sobrejacentes e atendendo a que a deformação produzida também depende da distância à frente de avanço a que é colocado o suporte, foi ensaiado o modelo tridimensional.

ENSAIOS REALIZADOS

Tubo de PVC

E = 2,3 GPa; n = 0,34 4 Lâminas

Extensométricas 5 Extensómetros

Eléctricos de Resistência

– D1-5 Diâmetro– D2-4 Corda

intermédia– Ext 3 Coroa

ENSAIOS REALIZADOS

Foram executados dois grupos de ensaios:

primeiro grupo “fase de construção” simulam o túnel em construção, pois num dos extremos do modelo foi embebido em 15 mm um tampão de microbetão armado, desempenhando as funções da frente da escavação (topo do túnel) cuja função é impedir as deformações naquele extremo;

segundo grupo “fase de exploração”, foram efectuados sem o referido tampão, correspondendo á abertura total do túnel.

Para a distribuição das cargas dos ensaios foram utilizadas três peças de microbetão armado com raio de curvatura semelhante ao do modelo.

Fase de Construção Ensaios de Carga a partir do topo

ENSAIOS REALIZADOS

Caracterizar as deformações ocorridas num túnel de abertura circular, durante o avanço da escavação. Colocação gradual das diferentes peças, até completar o comprimento total de 40 cm, do tubo de PVC. O primeiro ensaio representa o início da escavação(cerca de 14% de avanço), a fase final do ensaio representa cerca de 96% de avanço.

55 mm

Fase de Construção Ensaios de Carga a partir do topoFase de Construção Ensaios de Carga a partir do topo

ENSAIOS REALIZADOS

130 mm

Fase de Construção Ensaios de Carga a partir do topoFase de Construção Ensaios de Carga a partir do topo

ENSAIOS REALIZADOS

385 mm

O ensaio de Carga Diferenciada consistiu em fazer com que a carga aplicada no sistema fosse desigualmente repartida. Assim, no primeiro ensaio, metade da carga aplicada incidiu na peça de distribuição I, mais pequena (55 mm), localizada proximamente à frente de escavação, e a outra metade da carga incidiu na peça II (130 mm), localizada imediatamente a seguir à peça I, perfazendo um total de 185 mm

Fase de Construção Ensaios de Carga DiferenciadaFase de Construção Ensaios de Carga

ENSAIOS REALIZADOS

Fase de Construção Ensaios de Carga DiferenciadaFase de Construção Ensaios de Carga

ENSAIOS REALIZADOS

No segundo ensaio, criou-se um sistema de carga repartido pelas três peças, de modo a que, metade da carga incidiu na peça de distribuição II (130 mm) localizada na suposta frente de avanço do túnel, e a outra metade da carga incidiu nas peças de distribuição I (55 mm) e III (200 mm), perfazendo um total de 385 mm.

Fase de Construção Ensaios de Carga ao CentroFase de Construção Ensaios de Carga

ENSAIOS REALIZADOS

55 mm

Fase de Construção Ensaios de Carga ao CentroFase de Construção Ensaios de Carga

ENSAIOS REALIZADOS

200 mm

Fase deFase de Exploração Ensaios de Carga ao Centro

ENSAIOS REALIZADOS

Ensaios realizados sem o tampão de diâmetro igual ao do Tubo PVC, caracterizando deste modo, as deformações ocorridas no túnel, a longo prazo.

Fase de Exploração Ensaios de Carga ao Longo da Geratriz

ENSAIOS REALIZADOS

O Ensaio de Carga ao Longo da Geratriz Superior, consistiu na aplicação directa de forças com uma distribuição uniforme (segundo uma barra de aço) em todo o comprimento do tubo de PVC, sem qualquer interferência da frente de escavação e/ou do maciço envolvente ao túnel, bem como anular a interferência inerente às irregularidades das peças de distribuição das forças.

RESULTADOS DOS ENSAIOS

Fase de Construção Ensaios de Carga a partir do topo

Convergência

Convergência

RESULTADOS DOS ENSAIOS

Fase de Construção Ensaios de Carga Diferenciada

Convergência Divergência

RESULTADOS DOS ENSAIOS

Fase de Construção Ensaios de Carga ao Centro

Convergência Divergência

RESULTADOS DOS ENSAIOS

Fase de Exploração Ensaios de Carga ao Centro

Convergência Divergência

RESULTADOS DOS ENSAIOS

Fase de Exploração Ensaios de Carga ao Longo da Geratriz

Correlação entre deslocamentos relativos e extensões medidos em

laboratório

Boa Correlação

RESULTADOS DOS ENSAIOS

Comparação entre os Deslocamentos Medidos e os Deslocamentos Calculados

Fase de Exploração

RESULTADOS DOS ENSAIOS

Comparando os deslocamentos medidos e calculados nos mesmos pontos do modelo (coroa e corda máxima), verifica-se que não são excessivos os desvios relativos entre valores experimentais e valores teóricos (desvio médio da ordem de 18%). Tal comprova a boa fiabilidade do método extensométrico para a determinação de convergências em túneis.

RESULTADOS DOS ENSAIOS

• O comportamento do modelo laboratorial é elástico-linear;

• As forças aplicadas nos diversos tipos de carregamento quer na Fase de Construção quer na de Exploração, originaram deformações de:

– Convergência, entre a coroa e o piso ao longo de toda a extensão do modelo.

– Divergência ou Convergência, na corda intermédia, consoante o tipo de carregamento e/ou a zona do modelo.

– Divergência, na corda máxima (diâmetro).

CONCLUSÕES

• Na Fase de Construção, observou-se a influência da frente de escavação (tampão), os valores de deformação são crescentes no sentido topo - boca;

• Na Fase de Exploração, não se verificou a tendência anterior, quanto a aumento ou diminuição, da deformação ao longo do modelo. – Nos ensaios de carga distribuída ao centro,

é evidenciado o efeito de confinamento motivado pelas peças distribuidoras das forças.

– No ensaio sobre a geratriz superior, sem qualquer restrição à livre deformação, os valores registados (coroa, corda intermédia e corda máxima) apresentaram pequenas dispersões.

CONCLUSÕES

• Fortes correlações entre extensões e deslocamentos medidos;

• No que respeita à boa correlação entre extensões/deslocamentos medidos e, entre deslocamentos medidos/calculados, pode afirmar-se que:

• MEMCOT permite a obtenção de informação fiável e permanente, quanto ao estado de deformação das estruturas de suporte, aumentando o nível de segurança, para além da fácil instalação sem colisão com as obras de construção e o tráfego.

CONCLUSÕES

OBRIGADO!

3ª Jornada técnico-científica Medio Ambiente Subterráneo y

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Ecuador