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Master's Dissertation
DOI
10.11606/D.3.2014.tde-26082015-153054
Document
Author
Full name
Pedro Pazzoto Cacciari
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2014
Supervisor
Committee
Futai, Marcos Massao (President)
Assis, André Pacheco de
Negro Júnior, Arsênio
Title in Portuguese
Estudo de um túnel em maciço rochoso fraturado por investigação geológico-geotécnica e análises pelo método dos elementos distintos.
Keywords in Portuguese
Descontinuidades
Maciço rochoso
Scanner a laser 3D
Túnel
Abstract in Portuguese
O comportamento geomecânico de túneis em rocha é fortemente influenciado pelas estruturas geológicas (descontinuidades) presentes no maciço. Do ponto de vista geométrico, estas estruturas são caracterizadas por parâmetros que descrevem suas orientações, frequências e comprimentos. Estes parâmetros, na maioria dos casos, são determinados em campanhas de campo, com bússola geológica e trena. Entretanto, limitações de tempo e acesso dificultam a execução destes trabalhos, impossibilitando a obtenção de números elevados de dados, que possibilitam análises estatísticas mais complexas. Para superar estas dificuldades, no presente estudo, o mapeamento das descontinuidades foi realizado em imagens do túnel Monte Seco, pertencente a Estrada de Ferro Vitória Minas (EFVM), obtidas por scanner a laser 3D. Neste mapeamento, tanto a orientação, quanto a posição e o comprimento dos traços das descontinuidades foram determinados com boa precisão, possibilitando a verificação da distribuição da intensidade de fraturamento de diferentes trechos, ao longo do túnel. Utilizando estes trechos diferenciados pela intensidade de fraturamento, foram elaboradas análises estatísticas mais complexas e adequadas (por janelas de amostragem e linhas de varredura) para determinação da orientação, comprimento médio dos traços e espaçamentos médios das famílias de descontinuidades. Com os parâmetros geométricos das descontinuidades, o modelo probabilístico de blocos rígidos foi construído, utilizando o software 3DEC. Assim, os parâmetros mecânicos das descontinuidades foram estimados utilizando correlações empíricas (a partir de descrições do maciço rochoso realizadas em mapeamentos geológicos por dentro do túnel), além de alguns ensaios de campo e laboratório. As análises com este modelo foram executadas para verificação da queda de blocos, e comparadas com as seções atuais do túnel. Os resultados indicaram que diferentes critérios de ruptura devem ser utilizados para diferentes tipos de descontinuidades (fraturas e foliação), e evidenciaram a importância de estimativas mais coerentes de parâmetros geométricos das descontinuidades nos resultados finais das análises.
Title in English
Study of a tunnel in a fractured rock mass by geological and geotechnical investigation and analysis with the distinct element method.
Keywords in English
3D laser scanner
Discontinuities
Rock mass
Tunnel
Abstract in English
The geomechanical behaviour of rock tunnels is strongly influenced by geological structures in the rock mass. Rock discontinuities are geometrically characterized by parameters that describes their orientations, frequency and lengths. In most cases, these parameters are determined in field inspections, using geological compass and measuring tapes. However, timeframes and access limitation hinder this procedure, making it impossible to obtain large amount of data that allow complex statistical analysis. To overcome these difficulties, here the discontinuity mapping was performed using images of the Monte Seco tunnel, obtained by 3D terrestrial laser scanning. In this case, the orientation, position and trace length of each discontinuity was determined with precision, allowing the verification of the fracture intensity distribution in different parts of the tunnel. Using these parts (differentiated by its fracture intensities), statistical analyses were performed, using sampling windows and scanlines, in order to determine the orientation mean trace length and spacing of discontinuity sets. Once the geometrical parameters of discontinuity sets were determined, a probabilistic model of rigid blocks was generated, using the 3DEC software. Thus, the mechanical parameters of discontinuity sets were estimated by empirical correlations (performed using descriptions of the rock mass obtained during geological inspections in the tunnel), and some laboratory and field tests. The analyses with this model were performed to verify the instability of blocks (block falls), and compared with actual cross sections of the tunnel. The results indicate that different failure criteria must be used for different discontinuity types (fractures and foliation), and revealed the importance of consistent estimated of geometrical parameters of discontinuity sets.
 
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Publishing Date
2015-09-01
 
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