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Mémoire de Maîtrise
DOI
https://doi.org/10.11606/D.3.2020.tde-21012021-111146
Document
Auteur
Nom complet
Bruno Szpigel Dzialoszynski
Adresse Mail
Unité de l'USP
Domain de Connaissance
Date de Soutenance
Editeur
São Paulo, 2020
Directeur
Jury
Stucchi, Fernando Rebouças (Président)
Celestino, Tarcisio Barreto
Ehrlich, Mauricio
Titre en portugais
Modelos hierárquicos para análise estrutural do revestimento de túneis: avaliação, comparação, compatibilização e calibração.
Mots-clés en portugais
Modelos hierárquicos
Modelos matemáticos
Túneis
Resumé en portugais
À luz da complexidade e interdisciplinaridade de fenômenos envolvidos na construção de túneis, a modelagem hierárquica figura como importante ferramenta na análise estrutural e prática de projeto dessas estruturas. O presente trabalho desenvolve um estudo acerca de duas hierarquias de modelos bidimensionais comumente empregadas para o projeto estrutural de túneis: modelos de maciço como sólido deformável contínuo e modelos de anel sobre apoios. O estudo enfocou-se na avaliação e investigação do potencial uso conjunto de tais hierarquias de modelos na prática de projeto, principalmente quanto à comparação de fenômenos físicos representáveis e compatibilidade ou compatibilização de resultados auferidos. Para tal, entradas, saídas e hipóteses dos modelos foram descritas, com a identificação da interface entre as hierarquias. A partir de tais conceitos formalizou-se um simples procedimento prático para o cálculo caso a caso de carregamentos de compatibilização "ideal". Tais carregamentos, se aplicados a um modelo de anel sobre apoios, levam a resultados de esforços solicitantes no revestimento idênticos aos do modelo análogo de maciço contínuo cujos resultados são empregados para a compatibilização. O procedimento foi empregado para calibrar carregamentos de compatibilização simplificados, e utilizá-los em dois estudos. O primeiro empregou um estudo de caso para avaliar comparativamente carregamentos impostos a modelos de anel sobre apoios quanto à compatibilidade de resultados em referência a um modelo de maciço contínuo análogo. Verificou-se que a compatibilidade de carregamentos usuais da bibliografia e prática, em geral, é baixa. Por outro lado, calibrando o carregamento a partir do procedimento de compatibilização "ideal" proposto, mesmo com maior simplificação do carregamento imposto, compatibilidade razoável de resultados pode ser obtida, sobretudo para esforços de força normal. Isso é, desde que o carregamento imposto apresente magnitude e distribuição que remetam, de forma geral, ao carregamento de compatibilização "ideal", compatibilidade razoável de esforços solicitantes pode ser obtida. Motivado por tal observação, o segundo estudo realizou uma análise paramétrica dos efeitos de variação de hipóteses aplicadas a modelos de maciço como sólido deformável contínuo - como geometria, materiais, cobertura, etc. - no respectivo carregamento de compatibilização "ideal" para modelos de anel sobre apoios. Um total de 93 cenários de combinações de hipóteses foram avaliados, identificando-se o efeito e importância relativa de hipóteses na magnitude e padrão de distribuição dos carregamentos de compatibilização "ideal". O estudo antevê a possibilidade de estimar carregamentos de compatibilização simplificados a partir da definição do problema físico, sem a necessidade de conhecer de antemão os resultados do modelo de maciço contínuo, como preconizaria o cálculo do carregamento de compatibilização "ideal".
Titre en anglais
Hierarchical models for the structural analysis of tunnel linings: evaluation, comparison, compatibilization and calibration.
Mots-clés en anglais
Hierarchical models
Mathematical models
Tunnels
Resumé en anglais
In the light of the complexity and interdisciplinarity of the phenomena involved in the construction of tunnels, hierarchical modelling is an important tool for the structural analysis and design practice of these structures. This work develops a study on two bidimensional model hierarchies commonly applied for the structural design of tunnels: models with the soil/rock mass as a continuous deformable solid and bedded beam models. The study focused on the evaluation and investigation of the potential combined use of those model hierarchies in the analysis and design practice, mainly regarding the comparison of representable physical phenomena and compatibility or compatibilization of computed results. To that end, inputs, outputs and hypotheses of the models were described, with the identification of the interface between the hierarchies. With these concepts as a baseline, a simple practical procedure for the case by case calculation of "ideal" compatibilization loads was formalized. Said loads, when applied to a bedded beam model lead to lining loads that are identical to those of the analogous continuous rock/soil mass model whose results are applied for the compatibilization. The procedure was applied to calibrate simplified compatibilization loads, and apply them to two studies. The first applied a case study to comparatively assess the loads imposed to a bedded beam model regarding the compatibility of the results with those of an analogous continuous rock/soil mass model. It was noticed that the compatibility of usual imposed loads from the bibliography and practice is generally low. On the other hand by calibrating loads based on the proposed "ideal" compatibilization procedure, even with higher simplification of the imposed load, a reasonable result compatibility may be obtained, especially for axial loads. That is, as long as the imposed loads bear magnitude and distribution that generally resemble the "ideal" compatibilization load, reasonable compatibility for internal beam loads may be obtained. Motivated by that observation, the second study performed a parametric analysis of the effects of variating hypotheses applied to the continuous rock/soil mass models - such as geometry, materials, cover, etc. - in the respective "ideal" compatibilization load for bedded beam models. A total of 93 scenarios of hypothesis combinations were evaluated, identifying the relative effect and importance of hypotheses in the magnitude and distribution pattern of the "ideal" compatibilization loads. The study foresees the possibility of estimating simplified compatibilization loads based on the physical problem definition, without the need of knowing beforehand the results of the continuous soul/rock mass model, as the calculation of the "ideal" compatibilization load would imply.
 
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Date de Publication
2021-02-01
 
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