Avaliação das pressões de terra actuantes em poços através de métodos analíticos e numéricos

Abstract

O uso do espaço subterrâneo em ambiente urbano é cada vez mais frequente dadas as limitações espaciais existentes à superfície, principalmente em áreas urbanas de ocupação consolidada. A utilização desse espaço é cada vez mais variada e vai desde a simples construção de caves de edifícios até à execução de colossais estações intermodais de transportes e armazéns. Com o intuito de otimizar a escavação dessas estruturas novas soluções construtivas têm sido desenvolvidas e adotadas. Uma das mais recentes técnicas utilizadas passa pela construção de poços circulares ou elípticos, onde se procura retirar o máximo partido da forma autoequilibrada destas estruturas como forma a minimizar o suporte necessário para garantir a sua estabilidade e ao mesmo tempo, assegurar um nível de deformações associadas à escavação mínimo.Para o correto dimensionamento destas estruturas é necessária uma adequada estimativa das pressões atuantes sobre o suporte e de como estas são influenciadas pelas condições geométricas do poço e pelas propriedades do solo e do suporte. Para este efeito existem na bibliografia soluções analíticas que permitem efetuar uma estimativa dessas pressões, podendo igualmente recorrer-se a modelos numéricos onde todo o comportamento do poço pode ser analisado detalhadamente.Neste trabalho são expostas as vantagens e desvantagens da construção deste tipo de estruturas e as possíveis técnicas de construção existentes no mercado. Numa segunda fase efetua-se uma revisão comparativa entre as diversas soluções analíticas existentes para o cálculo de pressões atuantes em poços de secção circular e confrontam-se os resultados obtidos com os decorrentes da realização de modelos físicos. Por último, apresenta-se a modelação numérica da escavação de um poço circular procurando-se avaliar até que ponto esta metodologia consegue capturar o comportamento observado através dos modelos físicos em diferentes condições paramétricas. Efetua-se igualmente a comparação das pressões atuantes no suporte, obtidas analiticamente e numericamente, com o intuito de avaliar a fiabilidade destas e procurar estabelecer referências que possam servir para o dimensionamento deste tipo de estruturas.

The use of the subsoil in urban environment is continuously increasing due to the spatial restrictions that exist at ground-surface, and particularly in densely inhabited areas. The subsoil is nowadays used by a varied range of structures, that goes from the simple construction of cellars of buildings to the execution of colossal intermodal transport and warehouse stations. In order to optimize the excavation of these structures new design solutions have been developed and adopted. One of the most recent methods employed is the construction of circular or elliptical shafts in which the design takes full advantage of the self-balanced shape of these structures in order to minimize the support required to guarantee its stability while at the same time ensures that the excavation induces a minimum level of displacements.For the design of these structures an adequate evaluation of the pressures acting on its lining and how they are influenced by the geometrical conditions and by the soil and lining properties is required. For this purpose, there are available in the literature analytical solutions that permit to estimate the pressures, while numerical methods can also be used to analyse in detail the behaviour of the shaft.In this work the advantages and disadvantages of the construction of this type of structures and the existing construction techniques available in the market are presented. In a second stage, a comparative revision of the different analytical solutions available for the estimation of the pressure acting on circular shafts is performed, and the obtained results are compared with those obtained from physical models. Lastly, the numerical modelling of a circular shaft is carried out with the purpose of assess if this method can capture the behaviour observed in the physical models for different parametric conditions. A comparison between the pressures obtained by analytical and numerical methods is also performed aiming to attest their reliability to become references for using in the design of this type of structures.