Modelagem tridimensional em elementos finitos de túneis superficiais revestidos em concreto armado - Jensen, Betina Mariano (2019)
O estudo de túneis superficiais introduz aspectos diferentes quando comparado ao de túneis que possuem uma maior cobertura de solo em relação ao seu diâmetro. Dentre essas características, destaca-se o formato não-uniforme da deformada da seção transversal e a impossibilidade de algumas simplificações, como a consideração de um campo de tensões homogêneo ao redor da escavação. Dessa maneira, surge a necessidade da determinação das tensões no revestimento, onde podem se desenvolver tensões de tração que, mesmo baixas, causam a fissuração do concreto. Assim, essa dissertação apresenta um estudo referente ao comportamento estrutural de túneis superficiais revestidos em concreto armado, por meio de simulação numérica em elementos finitos, para a qual foi utilizado o software Ansys. O processo de escavação foi considerado e, para tanto, utilizou-se o recurso de ativação e desativação dos elementos finitos. Análises em elasticidade foram realizadas, nas quais o modelo não-revestido mostrou-se em concordância com o previsto por soluções analíticas, apresentando uma convergência ovalizada da seção e maiores deslocamentos máximos na superfície quanto menor a profundidade do túnel. Para o modelo revestido, foi realizado um estudo da influência de alguns parâmetros no surgimento de tensões de tração radial e circunferencial, sendo verificado que coeficientes de empuxo ao repouso menores que a unidade e formatos da seção em ferradura e em elipse implicam em tensões de tração em alguns pontos, que se aproximam da tensão limite para a consideração do concreto como fissurado. Para o maciço, além do modelo elástico, foram utilizados outros dois modelos constitutivos: um plástico, por meio do critério de Mohr-Coulomb, disponibilizado pelo Ansys, e um viscoplástico, combinando o modelo de Perzyna com o critério de Von-Mises. No caso do revestimento em concreto, foi adotado o comportamento viscoelástico, com os efeitos da fluência e retração de acordo com o modelo do CEB-FIP-MC90, aliado à verificação e consideração da fissuração nos pontos tracionados, comportamento introduzido no modelo utilizando as sub-rotinas de Quevedo (2017) e Schmitz (2017), adicionadas ao programa principal utilizando a ferramenta de customização UPF (User Programmable Features) do Ansys. Além disso, para representar o reforço em aço, utilizou-se o sistema de armadura incorporada. Por fim, foi investigada a influência da consideração da fissuração no modelo, que modifica o campo de tensões do revestimento e provoca maiores valores de convergência de equilíbrio.