A utilização de tuneladoras mostra-se como alternativa muito competitiva para a construção de túneis em grandes centros urbanos para diversas finalidades, superando os obstáculos decorrentes no entorno, os gargalos logísticos existentes e garantindo produtividade. Os segmentos pré-moldados constituem o principal sistema de suporte das escavações mecanizadas, garantindo a segurança e viabilidade de execução do sistema. Estes segmentos são reforçados tradicionalmente com concreto armado convencional, mas vem crescendo o número de aplicações com a substituição total, ou parcial, deste reforço convencional pelo concreto reforçado com fibras de aço. No entanto, ainda existem lacunas em recomendações normativas para o dimensionamento destes elementos estruturais, principalmente para os segmentos com reforço híbrido (combinação de armadura convencional e fibras de aço). Neste sentido, essa pesquisa visa avaliar a potencialidade do modelo numérico baseado no método dos elementos finitos em prever o comportamento à flexão de segmentos com reforço híbrido (CA-RFA) para obras de túneis. O estudo propõe a simulação computacional em duas etapas, sendo a primeira para obtenção de parâmetros de desempenho pós-fissuração e, na sequência, a simulação do ensaio à flexão simples de três pontos do segmento em escala real. Em ambos os cenários foram aplicados modelos numéricos 2D em multiescala com representação discreta e explícita dos reforços, cujas respostas obtidas foram comparadas com os resultados dos ensaios realizados através de uma parceria entre a Universidade de São Paulo (USP) e o Consórcio do Trecho 3 da Linha 5 do Metrô-SP. Primeiramente, o modelo numérico foi calibrado para os teores de 35 e 40kg/m³ com os resultados provenientes de ensaios de flexão dos prismas com entalhe disponíveis e foram estudados também casos com extrapolações dos teores de fibras de 20 e 60 kg/m³. Na sequência, os parâmetros de desempenho obtidos anteriormente para o CRFA foram aplicados através de modelo analítico para previsão de comportamento conforme as formulações propostas pelo fib Model Code 2010. Adicionalmente, foram conduzidas as simulações dos segmentos em escala real para os mesmos teores de fibras visando avaliar a influênvii cia da adição de fibras de aço na ductilização do elemento. Assim, comprovou-se a capacidade do modelo numérico proposto em representar o comportamento à flexão e captar com precisão o processo de abertura de fissuras dos segmentos em comparação com os resultados experimentais disponíveis. Em suma, os resultados obtidos demonstram que uma discussão integrada das respostas experimentais, numéricas e de projeto permitem um melhor entendimento da potencialidade do uso de segmentos híbridos para distintas combinações de reforços e do emprego da ferramenta numérica para auxiliar no projeto de segmentos.

Tunnel boring machine (TBM) is a competitive alternative for the construction of tunnels in large urban centers for various purposes, overcoming environmental obstacles, logistical constraints, and ensuring productivity. Precast tunnel segments are the main support system of mechanized methods, which provide safety and feasibility to the excavation process. These segments are traditionally reinforced with conventional reinforced concrete, however, the number of applications has been increasing with the partial or full replacement of this conventional reinforcement by steel fiber reinforced concrete. Nevertheless, there are still gaps in the recommendations available for the design of these structural elements, especially for segments with hybrid reinforcement (combination of conventional reinforcement and steel fibers). In this sense, this research aims to evaluate the potential of the numerical model based on the finite element method to predict the bending behavior of segments with hybrid reinforcement (CA-RFA) for tunnel lining construction. The study proposes a computational simulation in two stages, the first to obtain post-cracking performance parameters and, in addition, the simulation of the full-scale three-point simple bending test of the segment. In both scenarios, 2D multiscale numerical models were applied with discrete and explicit representation of the reinforcements, whose responses were compared with the results of the tests performed through a partnership between the University of São Paulo (USP) and the Consortium of Stretch 3 of Metro Line 5 (Lilac) of São Paulo. First, the numerical model was calibrated for 35 and 40 kg/m³ with the results from flexural tests of prismatic beams notched available and extrapolations scenarios for fiber contents of 20 and 60 kg/m³ were also studied. Then, the performance parameters obtained previously for the SFRC were applied to the preliminary design of the segments according to the formulations proposed by the MC2010. Additionally, simulations of the full-scale segments were conducted for the same fiber contents in order to evaluate the influence of the addition of steel fibers in the ductilization of the element. Thus, it was proven the capacity of the proposed numerical model to represent the bending behavior and to ix accurately capture the crack opening process of the segments in comparison with the available experimental results. In summary, the results obtained demonstrate that an integrated discussion of the experimental, numerical, and design responses allows for a better understanding of the potentiality of using hybrid segments for different combinations of reinforcement and of the use of the numerical tool to aid in the design of segments.