ANÁLISE NUMÉRICA

A execução de uma escavação impacta no estado de tensão a que o maciço está submetido. O acompanhamento da evolução do estado de tensão, desde o início dos procedimentos construtivos da obra até ao final do período de consolidação, demonstra-se como um fator importante para o conhecimento da competência do terreno.

Seguindo esse entendimento, o trabalho desenvolvido por Costa (2005) mostrou-se relevante para o entendimento dos efeitos dos estados das tensões sob o ponto de vista da energia de execução da presente dissertação. Dos resultados e análises referentes ao trabalho

do autor citado, destacam-se ênfases aos comportamentos decorrentes dos efeitos de tensões do maciço ao redor da escavação em termos de tensões totais horizontais.

Segundo Costa (2005), a utilização dos métodos numéricos avançados, tais como os utilizados no decorrer daquele trabalho, representa uma ferramenta útil para a estimativa do comportamento das obras geotécnicas. Para as análises dos estados de tensões, procedeu-se à simulação numérica de uma escavação escorada em maciços de natureza argilosa, analisando- se o comportamento do sistema da estrutura de contenção em relação ao maciço em todas etapas construtivas.

O programa de cálculo bidimensional utilizado, baseado no método dos elementos finitos que incorpora modelos constitutivos do solo, desenvolveu-se na própria Universidade do Porto (Borges, 1995). O método consiste na discretização do meio, permitindo a integração das equações diferenciais que regem o problema, principalmente mecânicas. Estuda-se o problema mecânico à luz da mecânica dos meios contínuos, existindo duas condições fundamentais que qualquer ponto pertencente a um sólido tem que respeitar: o equilíbrio no interior do corpo por meio das equações de equilíbrio e o equilíbrio na fronteira pelas ações aplicadas na superfície do corpo.

Para o caso estudado, Costa (2005) recorreu aos modelo constitutivos elastoplásticos de Cambridge, fundamentados no conceito de estado crítico e adequados para a representação do comportamento do solo. A vantagem destes tipos de modelos em relação a outros mais complexos se dá pela redução de parâmetros necessários ao estabelecimento das equações governativas, sem prejudicar seriamente a simulação dos aspectos fundamentais do comportamento real dos solos (Chang et al., 1999). Ressalta-se que o comportamento dos tirantes também foi admitido como elástico, linear e isotrópico e os valores adotados para os parâmetros da formação argilosa correspondem aproximadamente aos solos argilosos de Chicago, EUA.

O caso escolhido por Costa (2005) refere-se a uma escavação realizada com o intuito de construir um parque de estacionamento subterrâneo. As características e a geometria do caso são mostradas na Figura 2.10, ressaltando a semelhança com o caso de estudo da presente dissertação.

Figura 2.10 - Características do estudo de caso (Costa, 2005)

Todas as fases durante e após os procedimentos construtivos da escavação são mostradas na Figura 2.11 em detalhes. Em sequência, apresentou-se nas Figuras 2.12 a 2.16 os resultados obtidos durante as quatro fases correspondentes ao período de execução e ao período final de escavação da cortina de contenção, em termos de tensões totais horizontais.

As análises dos resultados permitiu identificar tendências distintas no perfil de solo escavado (em direção ao centro do terreno) e no perfil de solo suportado (maciço ao nível da superfície).

Figura 2.11 – Fases de execução da escavação e após consolidação (Costa, 2005)

Figura 2.12 – Estado de tensão total horizontal após a fase 1 de escavação (Costa, 2005)

Figura 2.13 – Estado de tensão total horizontal após a fase 2 de escavação (Costa, 2005)

Figura 2.14 – Estado de tensão total horizontal após a fase 3 de escavação (Costa, 2005)

Figura 2.15 – Estado de tensão total horizontal após a fase 4 de escavação (Costa, 2005)

Figura 2.16 – Estado de tensão total horizontal no final da consolidação (Costa, 2005)

O maciço do perfil escavado é solicitado devido a remoção do peso do solo e da compressão lateral devido ao movimento da contenção em direção ao corte. Em todas as fases de escavação percebeu-se uma diminuição generalizada das tensões totais horizontais.

Tratando-se do perfil suportado, ao lado do escavado, o maciço suportado sofre desconfinamento lateral devido ao movimento da contenção direção ao corte, diminuindo-se também as tensões horizontais, que se torna mais evidente nas últimas fases de escavação.

Na zona escorada, as tensões horizontais totais tendem a diminuir nas primeiras fases de escavação, verificando-se um acréscimo das mesmas nas fases seguintes; este fenómeno era previsível e se deve ao efeito de arco, que leva à transferência de tensões nas regiões mais

profundas para a zona escorada devido ao diferencial de deslocamentos verificado entre as mesmas regiões (Bjerrum et al., 1972).

A Figura 2.17 ilustra o estado de tensão total horizontal ao final da construção, mas dessa vez correspondendo ao comportamento do solo em um ponto nomeado A2, localizado abaixo do último nível de escavação, simulando-se também diferentes larguras de escavação.

Figura 2.17 – Estado de tensão total horizontal no ponto A2 em diferentes larguras de

escavação (Costa, 2005)

Notou-se que a largura da escavação indica um dos parâmetros que pode ter grande influência no processo de deformação do solo. A maior largura da escavação indica maior volume de solo e maior alteração do estado de tensão horizontal. Costa (2005), cita ainda que, para as distâncias horizontais superiores a seis vezes a profundidade de escavação, a perturbação do estado de tensão deixava de ter significado.

Sempre que possível, os resultados obtidos por simulações numéricas devem ser comparados com os resultados da instrumentação de obras reais, validando-se assim os modelos de cálculo utilizados. Essa comparação será descrita na próxima subseção.