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Master's Dissertation
DOI
https://doi.org/10.11606/D.44.2020.tde-13022020-104458
Document
Author
Full name
Danilo Lomonaco Vettorello
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2019
Supervisor
Committee
Marinho, Fernando Antonio Medeiros (President)
Ignatius, Scandar Gasperazzo
Vargas Junior, Eurípedes do Amaral
Title in Portuguese
Avaliação dos efeitos do alí­vio de tensões no desenvolvimento de poropressões de água em obras subterrâneas em solos
Keywords in Portuguese
Alívio de tensões
Escavações subterrâneas
Modelagem numérica
Poropressões de água
Solos da região metropolitana de São Paulo
Solos não saturados
Solos saturados
Abstract in Portuguese
O alívio de tensões totais gerado pelo processo de escavação em obras subterrâneas em maciços terrosos induz a variação negativa da poropressão de água (-'delta'U IND.w'). A depender da relação entre a magnitude do alívio de tensões e a poropressão de água inicial no maciço, há a possibilidade de que a poropressão de água final em algumas regiões ao redor da escavação fique negativa (-'U IND.w'). A poropressão de água negativa, ou sucção, promove o aumento da resistência do solo a tensões cisalhantes, efeito que, como consequência, melhora as condições de estabilidade da escavação como um todo. No entanto, a sucção tende a se dissipar conforme o equilíbrio hidrostático no maciço é restabelecido, esvaindo-se, simultaneamente, o efeito dela sobre a estabilidade da escavação. Baseando-se no fenômeno descrito, o desenvolvimento de poropressões de água no solo causado pelo processo de escavação em maciços terrosos foi analisado por meio do software RS3 da Rocscience. Para tal, foi realizada a caracterização geotécnica de três solos de natureza distinta visando fornecer parâmetros para a simulação numérica de uma escavação horizontal circular rasa no contexto dos solos saturados. As análises realizadas foram transientes e acopladas, ou seja, considerando a variação do tempo e a premissa de que alterações nas tensões do solo afetam os valores de poropressões de água. Os resultados apontam que a magnitude do alívio de tensões em escavações subterrâneas horizontais tende a ser maior quando as tensões horizontais efetivas no maciço são maiores que as tensões verticais efetivas (k0 > 1). Também indicam que o coeficiente de condutividade hidráulica (k) parece ser o principal parâmetro associado a velocidade de dissipação do excesso de poropressões de água negativa e que, portanto, solos menos permeáveis, como as argilas, tendem a se beneficiar por mais tempo do aumento da resistência a tensões cisalhantes atribuído ao efeito da sucção. Observou-se também que para uma escavação perfeitamente circular o alívio de tensões tende a ser maior na porção central da face de escavação e menor nas extremidades, não por acaso, a plastificação do solo com o tempo evolui segundo o caminho inverso, das extremidades da face de escavação para a porção central.
Title in English
Evaluation of the stress relief effect in pore-water pressure development considering underground excavations performed in soils
Keywords in English
Numerical modeling
Pore-water pressure
Saturated soils
Soils from the metropolitan region of São Paulo
Stress relief
Underground excavations
Unsaturated soils
Abstract in English
The total stress relief related to excavation processes in underground works induces the negative variation of the pore-water pressure within the soil (-'delta'U IND.w'). Depending on the relationship between the magnitude of the stress relief and the initial pore-water pressure, final pore-water pressure may become negative in some regions around the excavation (-'U IND. w'). The negative pore- water pressure, or suction, promotes the increasing in soil shear strength, and consequently, improves the stability of excavation as a whole. However, suction tends to dissipate during the recovery of the hydrostatic equilibrium reducing its effect on the excavation stability. Based on that phenomenon, the development of pore-water pressure related to stress reliefs in soil mass was analyzed using the software Rocscience RS3. Three types of soils were geotechnically characterized aiming to provide parameters to feed the numerical simulation of a shallow underground excavation in a water-saturated soil mass. The analyzes were transient and coupled, i.e. they were performed considering the time variation and the effect of the stress relief in the pore-water pressure. The results indicate that the magnitude of the stress relief promoted by horizontal underground excavations get bigger as the horizontal/vertical effective stress rate increases (k0 > 1). Also, that the hydraulic conductivity (k) seems to be the main parameter related with the negative excess pore-water pressure dissipation rate and, therefore, that less permeable soils (e.g. clays) may benefit from suction effect in soil shear strength for longer time. It was also observed that for a perfectly circular excavation the stress relief tends to be greater in the central portion of the excavation face and decreases towards the edges, not by chance, the yielding of the soil over time evolves in the opposite way, from the edges of the excavation face to the central portion.
 
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Publishing Date
2020-02-14
 
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