Comportamento da frente de escavação de túneis rasos

Abstract

As obras subterrâneas têm sido amplamente utilizadas desde tempos antigos na mineração, controle de enchentes, abastecimento de água e transporte. Os túneis são essenciais para o desenvolvimento das grandes cidades, fazendo uma economia do tempo e consumo da energia. Embora os benefícios destas obras, a sociedade pode não ter uma aceitação favorável ante elas, pelo fato dos numerosos acidentes que têm acontecido no mundo inteiro. Um dos principais tipos de ruptura que ocorrem em túneis rasos são aquelas provenientes da instabilidade da face de escavação, daí a necessidade de estudar este fenômeno. A metodologia deste trabalho foi desenvolvida empregando métodos analíticos e numéricos. Primeiramente foi realizada uma revisão bibliográfica dos métodos analíticos existentes na literatura, destinados à avaliação da estabilidade da face de escavação. Determinou-se o método de Mollon et al. (2009), o qual utiliza a análise limite da Teoria da Plasticidade, como o mais conveniente para uma análise preliminar deste fenómeno. As teorias de Kirsch de 1898 também foram empregadas neste trabalho para fazer uma validação do modelo inicial proposto. Os métodos numéricos foram empregados mediante o software de elementos finitos ABAQUS 3D®, que permite diferentes geometrias, além da presença de suporte e de perfis geotécnicos complexos. Os modelos iniciais consideraram um túnel de 6 metros de diâmetro escavado a seis profundidades diferentes num solo homogêneo, visando a avaliação da necessidade de suporte, do avanço admissível e da pressão necessária para estabilização da face. Em seguida, foi levada em conta a presença de poços antigos que eventualmente poderiam estar no caminho da escavação. Também foi avaliada a nova pressão de face para manter a segurança da escavação com estes imprevistos durante a execução do túnel. Os parâmetros definidos nas análises foram baseados nas características típicas de solos rasos, com exceção de uma análise preliminar que considerou aumento da coesão do solo para avaliar até que condições o túnel é autoportante. Com o emprego dos métodos numéricos foram determinadas as pressões a serem aplicadas na face de escavação para que esta seja estável, tendo em conta a variação da cobertura do túnel.