Modelação numérica de escavações suportadas por pregagens: comparação entre análises 2D e 3D

Abstract

Este trabalho tem como objeto a apresentação e contextualização da técnica de reforço de solos com recurso a pregagens e aplicada em escavações superficiais, bem como o estudo do seu comportamento perante diferentes situações, tendo como pano de fundo as discrepâncias resultantes de uma modelação em duas e três dimensões. As razões que levam a este estudo prendem-se com a necessidade crescente do uso da técnica e de um conhecimento mais lato e profundo sobre a capacidade de previsão do comportamento tridimensional, de métodos de análise computacional baseados na premissa do estado plano de deformação. Neste sentido foi primeiramente efetuada uma exposição teórica do tema, onde se abordaram os princípios básicos relativos à caraterização da técnica, ao seu funcionamento em serviço, bem como referências às principais metodologias de análise e dimensionamento de estruturas suportadas por pregagens, separadamente, considerando os métodos de equilíbrio limite e os métodos numéricos avançados, com especial ênfase no método dos elementos finitos. Neste estágio do trabalho, foi igualmente apresentado um caso de estudo envolvendo análises bi e tridimensionais. Numa segunda fase, foram realizadas análises numéricas, em que num estudo inicial, fazendo uso dos programas Phase2 e RS3, se procedeu à fatorização de algumas propriedades das pregagens e se avaliou, em conjunto com dois métodos de modelação dos reforços, o seu efeito sobre os deslocamentos na face. Neste âmbito foi ainda efetuada a simulação do arranque para uma dada gama de valores de espaçamento longitudinal entre pregagens e a avaliação de dois modos de modelação tridimensional. Posteriormente são apresentadas análises paramétricas, em que para além dos programas supracitados, se recorreu ao PLAXIS, de forma a estudar o efeito da variação do ângulo de dilatância do solo e da atuação de sobrecarga, sobre os deslocamentos na face e as forças axiais nas pregagens. Foram, deste modo, comparados os resultados obtidos nos três programas.

This work’s objective is to present and to give a perspective about the soil nail reinforcement technique, applied to surface excavations, as well as their behavior in different situations, and taking in to account the background between two-dimensional and three-dimensional modeling. The intention behind the study is related to the increased need in the use of this technique and to provide a broad and deep knowledge of the three-dimensional behavior, given by plane strain state based computational analysis software. In first place, it was made a theoretical review related to the technique description and basic principles, as well as references to the several design and analysis methodologies, distinguishing between limit equilibrium methods and advanced numerical methods, with particular focus on the finite element method. It was also presented a case study involving two and three-dimensional analysis. Then, numerical analysis were performed, where firstly, and making use of Phase2 and RS3 software, it was studied the factorization of some nail properties and has been evaluated, together with two distinct reinforcement modeling methods, their effects on facing displacements. Pullout test simulations were also performed for various nail spacing, as well as the evaluation of the best three dimensional modeling methodology. After this initial study, a series of parametric analysis were made, where in addition to the above programs, PLAXIS software was used. These were intended to study the effect of dilation angle variation and an overload actuation on facing displacements and nail axial forces. It was then made a comparison on the results of the three software used.