Modelação numérica de túneis com consideração explícita das heterogeneidades do maciço

Dissertação de mestrado integrado em Engenharia Civil

A otimização de custos e controlo de riscos desempenham um papel cada vez mais central em todos os ramos de atividade. No que concerne à engenharia geotécnica, e no caso particular das obras subterrâneas, essa questão tem cada vez mais relevância, através de uma melhor e mais detalhada caracterização das propriedades dos maciços rochosos com o fim de diminuir as incertezas associadas à sua caracterização e aos parâmetros que traduzem o seu comportamento, que podem conduzir a sobrecustos consideráveis e colocar em risco a segurança de pessoas e bens. Assim, a caracterização detalhada e tão rigorosa quanto possível é, nos dias de hoje, um aspeto muito relevante a tratar na área da Geotecnia. Embora as técnicas correntes, como a aplicação direta dos sistemas empíricos de classificação dos maciços rochosos e a análise de ensaios in situ e ensaios laboratoriais, permitam na maior parte dos casos uma caracterização dos maciços adequada para o desenvolvimento de um projeto, por vezes, esta caracterização poderá ser insuficiente especialmente se se tratar de maciços com elevado grau de heterogeneidade. Nesse sentido, as técnicas geoestatísticas surgem como uma alternativa com elevado interesse e potencialidade na caracterização dos maciços de uma forma mais precisa, reduzindo as incertezas associadas, caracterizando a variabilidade espacial existente e identificando as heterogeneidades de forma explícita. Estas técnicas avaliam a interação entre os dados com o objetivo de considerar a sua dependência espacial. A presente dissertação tem como principal objetivo o estabelecimento de uma metodologia numérica para modelação de maciços marcadamente heterogéneos que utilize as modelações geoestatísticas como base para o seu desenvolvimento. Com o auxílio de um software de diferenças finitas, irão ser desenvolvidos modelos numéricos de um túnel teórico traduzindo uma abordagem tradicional e uma abordagem de base geoestatística para posterior comparação. Os resultados mostram que é possível desenvolver modelos numéricos para obras subterrâneas com consideração explícita das heterogeneidades baseados em resultados de modelação geoestatística e levados a cabo num tempo de cálculo aceitável.

The cost optimization and risk control play an increasingly central role in all fields of activity. Regarding the geotechnical engineering, and in particular the case of underground works, this issue has increasingly relevance through a better and more detailed characterization of the properties of rock masses. In order to reduce the uncertainties associated with rock mass characterization and the parameters translating their behavior, which can lead to considerable extra costs and put at risk the safety of people and goods. So detailed and as accurate as possible characterization is, today, a very important aspect to be addressed in the field of Geotechnics. Although current techniques, such as direct application of the empirical classification systems of rock masses and analysis of in situ and laboratory tests enable in most cases the appropriate characterization of rock masses for the development of a project, sometimes this characterization may be insufficient especially in the case of rock masses with a high degree of heterogeneity. In this sense, geostatistical techniques emerge as an alternative of high interest due to its capability in the characterization of rock masses more precisely, reducing the associated uncertainties, characterizing the spatial variability and identifying heterogeneity explicitly. These techniques measure the interaction between the data for the purpose of considering the spatial dependence. This master thesis aims to establish a numerical methodology for markedly heterogeneous rock masses modelling that integrates geostatistical modelling as the basis for its development. With the aid of a finite difference software, numerical models of a theoretical tunnel translating a traditional approach and a based on geostatistics approach, will be developed for further comparison. The results show that it is possible to develop numerical models designed for underground works with explicit consideration of the rock mass heterogeneities, based on the geostatistical modelling results, with an acceptable computing time.