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EXPERIMENTAÇÃO LABORATORlAL PARA MONITORIZAÇÃO DE CONVERGÊNCIAS EM TÚNEIS COM O MÉTODO EXTENSOMÉTRICO 3ª Jornada técnico-científica Medio Ambiente Subterráneo.

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1 EXPERIMENTAÇÃO LABORATORlAL PARA MONITORIZAÇÃO DE CONVERGÊNCIAS EM TÚNEIS COM O MÉTODO EXTENSOMÉTRICO 3ª Jornada técnico-científica Medio Ambiente Subterráneo y Sostenibilidad Investigación e Innovación Quito 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

2 Introdução Introdução Ensaios Realizados Ensaios Realizados Resultados dos Ensaios e sua Análise Resultados dos Ensaios e sua Análise Comparação entre Deslocamentos Medidos e Calculados Comparação entre Deslocamentos Medidos e Calculados Conclusões Conclusões ÍNDICE

3 INTRODUÇÃO Para a aferição da segurança de qualquer obra geotécnica é indispensável a realização de um Plano de Observação. 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: 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, do maciço rochoso onde foi feita a escavação, dos suportes a instalar (permitem a execução e manutenção da escavação), dos suportes a instalar (permitem a execução e manutenção da escavação), da interacção suporte/maciço rochoso. da interacção suporte/maciço rochoso.

4 Observação: 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

5 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, colocados simultaneamente com as operações de escavação, ou posteriormente à escavação. ou posteriormente à escavação.

6 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).

7 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.

8 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. 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

9 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.

10 ENSAIOS REALIZADOS Tubo de PVC E = 2,3 GPa; = 0,34 E = 2,3 GPa; = 0,34 4 Lâminas Extensométricas 4 Lâminas Extensométricas 5 Extensómetros Eléctricos de Resistência 5 Extensómetros Eléctricos de Resistência – D1-5 Diâmetro – D2-4 Corda intermédia – Ext 3 Coroa

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

12 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

13 Fase de Construção Ensaios de Carga a partir do topo ENSAIOS REALIZADOS 130 mm

14 Fase de Construção Ensaios de Carga a partir do topo ENSAIOS REALIZADOS 385 mm

15 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 Diferenciada Fase de Construção Ensaios de Carga ENSAIOS REALIZADOS

16 Fase de Construção Ensaios de Carga Diferenciada Fase 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.

17 Fase de Construção Ensaios de Carga ao Centro Fase de Construção Ensaios de Carga ENSAIOS REALIZADOS 55 mm

18 Fase de Construção Ensaios de Carga ao Centro Fase de Construção Ensaios de Carga ENSAIOS REALIZADOS 200 mm

19 Fase de Fase 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.

20 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.

21 RESULTADOS DOS ENSAIOS Fase de Construção Ensaios de Carga a partir do topo Convergência

22 RESULTADOS DOS ENSAIOS Fase de Construção Ensaios de Carga Diferenciada

23 ConvergênciaDivergência RESULTADOS DOS ENSAIOS Fase de Construção Ensaios de Carga ao Centro

24 ConvergênciaDivergência RESULTADOS DOS ENSAIOS Fase de Exploração Ensaios de Carga ao Centro

25 Convergência Divergência RESULTADOS DOS ENSAIOS Fase de Exploração Ensaios de Carga ao Longo da Geratriz

26 Correlação entre deslocamentos relativos e extensões medidos em laboratório Boa Correlação RESULTADOS DOS ENSAIOS

27 Comparação entre os Deslocamentos Medidos e os Deslocamentos Calculados Fase de Exploração RESULTADOS DOS ENSAIOS

28 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

29 O comportamento do modelo laboratorial é elástico-linear; 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: 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

30 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 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. 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

31 Fortes correlações entre extensões e deslocamentos medidos; 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: 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. 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

32 OBRIGADO! 3ª Jornada técnico-científica Medio Ambiente Subterráneo y Sostenibilidad Investigación e Innovación Quito Ecuador


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