Comportamento de túneis em função de sistemas de suporte e impermeabilização

Abstract

Uma grande parte dos problemas identificados nas obras subterrâneas se relaciona com as infiltrações da água devido às deficiências na impermeabilização. Na atualidade, por requisitos ambientais, o controle do nível do lençol freático vem sendo cada vez mais exigente quanto à estanqueidade. Portanto, utiliza-se sistemas de suporte de túneis compostos por membranas impermeáveis, sejam de PVC ou projetadas, colocadas entre as camadas de concreto projetado, alterando o carregamento final no suporte, bem como a concepção estrutural para fins de projeto. As membranas projetadas proporcionam melhores características de adesão entre os suportes primário e secundário permitindo uma melhor interação entre as camadas e assim, uma melhor eficiência no processo de transferência de carga do maciço para o sistema de suporte. Nesta dissertação se aborda o estudo do comportamento dos sistemas de suporte e os efeitos da inclusão da membrana impermeável tanto para sistemas de impermeabilização tipo submarinos quanto para sistemas guarda-chuva. As análises numéricas foram feitas empregando o método dos elementos finitos, considerando túneis rasos com seção circular construídos em maciço homogêneo e isotrópico sob variadas configurações do nível do lençol freático. Nas simulações se avaliaram ambos os sistemas de impermeabilização nos três tipos de suporte de túneis: camada única Single Shell Lining (que não conta com manta impermeável), camada dupla Double Shell Lining (com geomembrana de PVC) e camada composta Composite Shell Lining (com membrana projetada). Finalmente foi realizada uma análise paramétrica variando o nível do lençol freático. Os resultados mostram que por seu comportamento monolítico os sistemas de suporte impermeabilizados com membrana projetada apresentam menores esforços internos solicitados no suporte secundário do que com geomembrana de PVC, portanto, consegue-se diminuir a espessura de concreto. Também ilustram que estruturas de suporte com sistema de impermeabilização tipo guarda-chuva são muito mais sensíveis na distribuição de esforços ao longo do suporte secundário frente a variações no nível freático. ______________________________________________________________________________ ABSTRACT

Most of the problems identified in the underground works are related to water infiltration due to deficiencies in waterproofing. Currently, for environmental requirements, the control of groundwater level is becoming more demanding in terms of sealing of the constructions referred. For this reason are used tunnels support systems compounds of impermeable membranes, either PVC or sprayed, confined between the supports shotcrete, altering the final stress on the support and its structural conception for design purposes. Projected membranes provide better adhesion characteristics between primary and secondary supports, allowing better interaction between the layers and thus a better efficiency in the process of charge transfer to solid support. The deal in this dissertation is to study of behavior support systems and the effects of the inclusion of the impermeable membrane both waterproofing systems such "submarine" as systems "umbrella". The numerical analyzes were performed by the finite element method and considered tunnels with circular section, built in homogeneous and isotropic solid under several configurations of groundwater level. In the simulations we evaluated the two waterproofing systems in the three kinds of tunnel support design: Single Shell Lining (does not have mantle waterproof), Double Shell Lining (with geomembrane PVC) and Composite Shell Lining (with sprayed membrane). Finally a parametric analysis was performed varying the level of groundwater. The results showed that their behavior monolithic the support systems designed with waterproof sprayed membrane have lower solicitations of internal stress in the secondary support that systems designed with geomembrane PVC, being possible to reduce their thickness. Also showed, that the supporting structures designed with waterproofing system kind "umbrella" are more sensitive to variations in stress distribution against removal in the groundwater level. ______________________________________________________________________________ RESUMEN

Una gran parte de los problemas identificados en las obras subterráneas se relaciona con las infiltraciones de agua debido a las deficiencias en la impermeabilización. Actualmente, por requisitos ambientales, el control del nivel del agua subterránea está siendo cada vez más exigente en cuanto al sellado de las obras. Por esta razón se utilizan sistemas de soporte de túneles compuestos por membranas impermeables, ya sean de PVC o proyectadas, colocadas entre las camadas de concreto lanzado, alterando las cargas finales en el soporte y su concepción estructural para fines de diseño. Las membranas proyectadas proporcionan mejores características de adherencia entre los soportes primario y segundario permitiendo una mejor interacción entre las camadas y así, una mejor eficiencia en el proceso de transferencia de carga del macizo para el sistema de soporte. En esta disertación se aborda el estudio del comportamiento de los sistemas de soporte y los efectos de la inclusión de la membrana impermeable tanto en sistemas de impermeabilización tipo submarinos como en sistemas sombrilla . Los análisis numéricos fueron realizados por el método de los elementos finitos, considerando túneles rasos con sección circular, construidos en macizo homogéneo e isotrópico bajo diversas configuraciones de nivel de agua subterránea. En las simulaciones se evaluaron los dos sistemas de impermeabilización en los tres tipos de diseño de soporte de túneles: única camada Single Shell Lining (no cuenta con manta impermeable), doble camada Double Shell Lining (con geomembrana de PVC) y camada compuesta Composite Shell Lining (con membrana proyectada). Finalmente fue realizado un análisis paramétrico variando el nivel de agua subterránea. Los resultados mostraron que por su comportamiento monolítico los sistemas de soporte diseñados con membrana impermeable proyectada presentan menores solicitaciones de esfuerzos internos en el soporte segundario que los sistemas diseñados con geomembrana de PVC, siendo posible la disminución en la espesura de concreto. También mostraron que las estructuras de soporte diseñadas con sistema de impermeabilización tipo sombrilla son más sensibles a variaciones en la distribución de esfuerzos frente a mudanzas en el nivel de agua subterránea.