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Mathematical and probabilistic modeling approach for estimation of surface settlements due to TBM tunneling

Use este link compartilhar ou citar este material: http://educapes.capes.gov.br/handle/capes/819383
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MetadadosDescriçãoIdioma
Autor(es): dc.contributorAssis, André Pacheco de-
Autor(es): dc.contributorGitirana Junior, Gilson de Farias Neves-
Autor(es): dc.creatorRattia, Victor Hugo Franco-
Data de aceite: dc.date.accessioned2024-07-22T13:09:55Z-
Data de disponibilização: dc.date.available2024-07-22T13:09:55Z-
Data de envio: dc.date.issued2019-10-30-
Data de envio: dc.date.issued2019-10-30-
Data de envio: dc.date.issued2019-10-30-
Data de envio: dc.date.issued2019-04-08-
Fonte completa do material: dc.identifierhttp://repositorio.unb.br/handle/10482/35739-
Fonte: dc.identifier.urihttp://educapes.capes.gov.br/handle/capes/819383-
Descrição: dc.descriptionTese (doutorado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, 2019.-
Descrição: dc.descriptionTuneladoras ou TBMs em solos tornaram-se a opção preferida para a construção de túneis, em áreas urbanas. Rápido processo de escavação, ambiente de trabalho em segurança e relativo baixo impacto na indução de recalques superficiais são os principais fatores para o seu emprego. Durante a escavação, existem poucas ferramentas que possam fornecer estimativas dos recalques devido ao desempenho da TBM. Outro aspecto a ser considerado é a variabilidade dos parâmetros geotécnicos e a estratigrafia do perfil do solo, ja que constituem uma importante fonte de incerteza para a avaliação dos recalques. Essas incertezas são consideradas usando métodos probabilísticos que geralmente exigem um esforço de cálculo significativo. A presente tese tem como objetivo propor uma metodologia para estimativa dos recalques surperficiais durante escavação com tuneladoras. Primeiramente, é apresentado um procedimento probabilístico para lidar com as incertezas das propriedades geotécnicas e do perfil estratigráco na formação de recalques superficiais induzidos pela construcão de túneis. Finalmente, é apresentado um procedimento matemático com o escopo de propor um modelo para estimativa de recalques surperficiais durante a contrucão de túneis com tuneladoras. Dito modelo considera a variabilidade dos parâmetros geotécnicos. A metodologia proposta é aplicada na recém construída extensão da Linha 5 do Metrô de São Paulo. A análise probabilística baseia-se na aplicação do método de estimativa pontuais híbrido o qual emprega um número reduzido de cálculos sem perder precisão. O procedimento também se baseia em análises de sensibilidade. Análises numéricas bidimensionais (2D) e tridimensionais (3D) são realizadas, utilizando um código comercial de elementos finitos. Três cenários probabilísticos baseados nos valores inferior, médio e superior do coeficiente de variação das variáveis de entrada foram considerados na análise da resposta do maciço para a Linha 5. Os resultados obtidos utilizando a metodologia proposta permite estimar o cenário probabilístico que melhor indique o coeficiente de variação ideal a ser adotado em cada variável de entrada. As propriedades elásticas do solo e a espessura da camada superior do solo tiveram a maior influência na geração de recalques superficiais. A abordagem matemática baseia-se no comportamento dos deslocamentos do maciço devido à pressão de suporte na face applicada pela TBM. O recalque superficial máximo e o volume perdido são considerados como as variáveis para descrever os recalques superficiais e a pressão de suporte na face da TBM como a variável para descrever a pressão de suporte interna do túnel. Um conjunto de modelos a partir da revisão de literatura são considerados e um critério de seleção é aplicado sobre esses modelos para escolher o modelo que melhor descreva a resposta desse sistema. Verificou-se que a curva não-linear de tensão-deformação proposta por Duncan & Chang (1970) fornece um bom ajuste dos dados tomados do estudo de caso. Os limites inferior e superior foram propostos neste modelo para consideração da variabilidade dos parâmetros geotécnicos e, finalmente, o significado físico dos parâmetros do modelo são proposto.-
Descrição: dc.descriptionTunnel Boring Machines (TBMs) for soils have become the preferred option for construction of tunnels, especially in urban areas. Rapid excavation process, safe working environment and relatively low impact on inducing ground movements at the surface have been the main factors for its employment. Even though, during tunneling, few tools exist that may provide an estimation of surface settlements due to the TBM performance. Another aspect to consider should be the variability of geotechnical parameters and ground profile stratigraphy because constitute a significant source of uncertainty for the assessment of ground movements. These uncertainties may be considered at the design during modeling by using probabilistic approaches that often require significant computation effort. The present research aims to propose methodological approach, where first a rational and efficient probabilistic framework to deal with the uncertainties of geotechnical properties and stratigraphic profile on tunneling-induced ground movement is presented to finally describe a mathematical procedure to propose a model, that considers variability of geotechnical parameters, for estimation of surface settlements during TBM tunneling. The proposed methodological approach was applied to the recently constructed extension of Line 5 of São Paulo Metro. The probabilistic approach based on the application of a hybrid point estimation method employs a reduced number of computations without losing accuracy. The framework also relies on sensitivity analyses. Two-dimensional (2D) and three-dimensional (3D) numerical analyses are carried out for Line 5 using a commercial finite element code. Three probabilistic scenarios based on the lower, mean, and upper bound values of the coefficient of variation of input variables are considered in the analysis of ground response for Line 5. The results obtained using the proposed framework allowed to estimate the probabilistic scenario that better provides an ideal coefficient of variation to adopt for input variables. The ground elastic properties and topsoil layer thickness had the most significant influence on ground movements. The mathematical approach is based on the behavior of ground movement due to applied TBM support pressure. Maximum surface settlement and Volume loss were considered as the variables to describe ground movement, and TBM face support pressure are considered as the variable for describing the tunnel internal support pressure. Set of candidate models are considered from the literature review, and a selection model criterion on these models are used in order to choose the model that better described the system response. It was found that the nonlinear stress-strain curve proposed by Duncan & Chang (1970) provide an excellent fitting to the data taken from the case study. Lower and upper bounds are proposed to this model for consideration of variability of geotechnical parameters and, finally, the physical meaning of the model parameters are proposed.-
Descrição: dc.descriptionMáquinas tuneladoras o TBMs de suelos se han convertido en la opción preferida para la construcción de túneles, especialmente en áreas urbanas. El rápido proceso de excavación, un hambiente de trabajo seguro y un impacto relativamente bajo en la generación de asentamientos superficiales han sido los factores principales para su empleo. Durante la excavación, existen pocas herramientas que puedan proporcionar una estimación de los asentamientos en la superficie debido al desempeño de la TBM. Otro aspecto a ser considerado es la variabilidad de los parámetros geotécnicos y de la estratigrafía del perfil geologico, ya que constituyen una fuente importante de incertidumbre en la evaluación de los movimientos del suelo. Estas incertidumbres son consideradas en la fase de proyecto, durante la modelación, con el uso de métodos probabilísticos el cual a menudo requieren de un esfuerzo de cálculo significativo. La presente tesis busca proponer una metodología, para la análasis probabilística racional y eficiente de las incertidumbres de las propiedades geotécnicas y del perfil estratigráfico en el movimiento de suelo inducido por túneles; describir un procedimiento matemático y propuesta de un modelo, que considere la variabilidad de parámetros geotécnicos, en la estimación de asentamientos en la superficie. La metodología propuesta se aplicó a la recientemente construida extensión de la Línea 5 del Metro de São Paulo. La análisis probabilística se basea en la aplicación del método de puntos de estimativas híbrido el cual emplea un número reducido de cálculos sin perder precisión. Esta análisis también se basea en análisis de sensibilidad. Análisis numéricos bidimensionales (2D) y tridimensionales (3D) son realizados en la Línea 5 utilizando un código comercial de elementos finitos. Para la análisis de la respuesta del suelo de la Línea 5 son considerados tres escenarios probalilísticos baseados en los valores de límite inferior, medio y superior del coeficiente de variación de las variables de entrada. Los resultados obtenidos utilizando la análisis propuesta permitieron estimar el escenario probabilístico que mejor proporciona un coeficiente de variación ideal para adoptar en las variables de entrada. Las propiedades elásticas del suelo y la espesura de la camada superficial del suelo tuvieron la influencia más significativa en los movimientos del suelo. La análisis matemática se basa en el comportamiento del movimiento del suelo debido a la presión de soporte aplicada por la TBM. El asentamiento máximo de la superficie y la pérdida de suelo se consideraron como las variables para describir el movimiento del suelo, y la presión de soporte frontal de la TBM es considerada como variable para describir la presión de soporte interna del túnel. Un conjunto de modelos propuestos son considerados a partir de revisiones bibliográficas, y un criterio de selección de modelo es utilizado de manera de escoger el modelo que mejor describa la respuesta del sistema. fue encontrado que la curva de tensión-deformación propuesta por Duncan & Chang (1970) proporciona un excelente ajuste a los datos colectados del caso de estudio. Límites inferiores y superiores son propuesto al modelo para considerar la variabilidad de los parámetros geotécnicos y, finalmente, el significado físico de los parámetros del modelo es propuesto.-
Descrição: dc.descriptionFaculdade de Tecnologia (FT)-
Descrição: dc.descriptionDepartamento de Engenharia Civil e Ambiental (FT ENC)-
Descrição: dc.descriptionPrograma de Pós-Graduação em Geotecnia-
Formato: dc.formatapplication/pdf-
Direitos: dc.rightsAcesso Aberto-
Direitos: dc.rightsA concessão da licença deste item refere-se ao termo de autorização impresso assinado pelo autor com as seguintes condições: Na qualidade de titular dos direitos de autor da publicação, autorizo a Universidade de Brasília e o IBICT a disponibilizar por meio dos sites www.bce.unb.br, www.ibict.br, http://hercules.vtls.com/cgi-bin/ndltd/chameleon?lng=pt&skin=ndltd sem ressarcimento dos direitos autorais, de acordo com a Lei nº 9610/98, o texto integral da obra disponibilizada, conforme permissões assinaladas, para fins de leitura, impressão e/ou download, a título de divulgação da produção científica brasileira, a partir desta data.-
Palavras-chave: dc.subjectTunelamento-
Palavras-chave: dc.subjectRecalques superficiais - estimativa-
Palavras-chave: dc.subjectEscavações subterrâneas-
Palavras-chave: dc.subjectTúneis - estabilidade-
Título: dc.titleMathematical and probabilistic modeling approach for estimation of surface settlements due to TBM tunneling-
Título: dc.titleModelagem matemática e probabilística para estimativa de recalques superficiais devido a escavação com tuneladoras-
Título: dc.titleModelage matemática y probabilística para estimativa de los asentamientos superficiales debido a la escavación con tuneladoras-
Aparece nas coleções:Repositório Institucional – UNB

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