ANÁLISE DO COMPORTAMENTO DO TÚNEL DE SÃO BENTO

ANÁLISE DO COMPORTAMENTO DO TÚNEL DE SÃO BENTO

Cristina da Silva Domingues

; Luís Ribeiro e Sousa

;Eliane Alves Portela

& Francisco Carrilho

RESUMO

Resumo – Apresenta-se um estudo referente ao túnel ferroviário de São Bento, situado na cidade do Porto, visando analisar o seu comportamento estrutural, tendo presente as características geomecânicas das formações graníticas envolvidas e as inspecções efectuadas ao túnel. Efectuaram-se análises por elementos finitos para várias secções tendo em vista compreender os fenómenos envolvidos. Foi, ainda, desenvolvido um sistema computacional, designado MATUF, para apoio ao controlo de segurança de túneis ferroviários recorrendo a técnicas de inteligência artificial, que foi aplicado ao túnel de São Bento.

Abstract – A study related to the São Bento railway tunnel located in city of Porto is presented, aiming to analyse its structural behaviour taking into account the geomechanical characteristics of the granite formations and the inspections performed to the tunnel. Several structural analyses of the tunnel using finite element models for different sections are presented in order to better understand the involved phenomena. A computational system designated MATUF was developed. It permits to assist decision making in the safety control of railway tunnels using intelligence artificial techniques and it was applied to the São Bento tunnel.

Palavras-Chave – Túneis, Sistemas Periciais.

INTRODUÇÃO

Nesta comunicação apresenta-se um estudo referente ao túnel de São Bento, na proximidade da estação do mesmo nome, na cidade do Porto. Trata-se de um túnel de grande complexidade por apresentar vários ramais junto à estação e atravessar um meio urbano densamente povoado. Procedeu-se a uma análise das formações envolventes, das infra-estruturas existentes à superfície e do estado de conservação da obra com base nas inspecções efectuadas ao túnel. Para análise do comportamento estrutural da obra, estabeleceram-se modelos de cálculo baseados em elementos finitos e foi efectuada uma extensa análise do seu comportamento para secções mais representativas do túnel.

Foi aplicado ao túnel de São Bento um sistema computacional designado MATUF, que foi desenvolvido para manipulação da informação existente sobre os túneis ferroviários em Portugal e para avaliação da segurança destas obras com base no uso de técnicas de inteligência artificial (sistemas baseados em conhecimento).

No desenvolvimento do sistema MATUF, foi feita uma revisão de conhecimentos no que respeita a utilização de técnicas de inteligência artificial e uma sistematização do conhecimento disponível relativo aos túneis ferroviários, tendo sido estabelecido um conjunto de redes causais que relacionam as informações obtidas pela inspecção das obras e os conhecimentos existentes com os principais fenómenos que a informação permite evidenciar. A identificação dos cenários relativos a situações anómalas foi feita através do conhecimento acumulado por especialistas, aos quais foi associado uma série de recomendações de acções correctivas ou de reabilitação das obras. O sistema foi aplicado ao túnel, tendo sido implementada a rede da presença da água. Os resultados obtidos permitem-nos concluir da importância de metodologias de apoio computacionais com base em técnicas de inteligência artificial no controlo da segurança de túneis ferroviários.

TÚNEL DE SÃO BENTO

O túnel de São Bento, com cerca de 757m de comprimento, pertence a uma extensão de uma linha ferroviária que foi construída para permitir um fácil acesso ao centro da cidade do Porto. O túnel tem vários ramais na proximidade da estação de São Bento. A 105m desta, bifurca-se em dois ramais e estes dividem-se novamente a cerca de 70m da estação ficando com quatro ramais, vindo a agrupar-se os ramais intermédios a cerca de 30m. O método belga foi o processo construtivo utilizado, tendo o trecho inicial sido construído a céu aberto. Na Figura 1, apresenta-se a planta actual da estação e o trecho do túnel com ramais e, na Figura 2, o perfil longitudinal com um recobrimento máximo na zona da Batalha de cerca de 14m e mínimo de 3m. Junto à estação os ramais laterais tem um vão máximo de cerca de 9,3m e uma altura máxima de cerca de 7,5m, enquanto que o ramal central tem um vão máximo de 17,5m e uma altura máxima de 11,5m. As zonas de bifurcação dos ramais e a galeria central de grande vão constituem zonas problemáticas

1_{ISEP, Rua Dr. António Bernardino de Almeida, 431, 4200-072 Porto, Portugal}

2 _{LNEC, Av. do Brasil, 101, 1700-066 Lisboa, Portugal}

do ponto de vista estrutural por envolverem vãos consideráveis. O suporte do túnel é em alvenaria de granito, são a pouco alterado, com uma espessura no tecto das cavidades variando entre 50 e 90cm e com um valor médio de cerca de 60cm [1, 2]. R ua das F ont a inh a s P ri n ci pi o do B a ir ro H er cu la n o R u a d o D u qu e de L ou lé R u a de E n tr e P ar ede s Co rr ei o G er al Ho te l O ri en ta l

Figura 1. Estação e túnel de São Bento Figura 2. Perfil longitudinal

Foi efectuado um estudo geológico e geotécnico extenso de forma a avaliar as características geomecânicas do maciço rochoso interessado pelo túnel de São Bento, aquando do projecto para uma eventual remodelação da estação [1]. O maciço envolvente é de natureza granítica, incluindo-se no designado granito do Porto. Foram realizadas sondagens à superfície e no interior do túnel (Figura 3), ensaios de absorção de água do tipo Lugeon e ensaios de penetração dinâmica SPT, bem como foram efectuados ensaios de laboratório para caracterizar a velocidade de propagação dos ultrasons (VL), a resistência à compressão uniaxial (σc), o módulo de deformabilidade do material rocha (E) e o índice de resistência pontual (Ir).

Baseado no estudo efectuado, foi estabelecido um zonamento geomecânico para o maciço rochoso, definindo-se as condições geomecânicas para várias secções transversais e perfis. Na Figura 4, apresentam-se as condições geomecânicas para a secção transversal A, localizada junto à boca de saída do túnel. Na Tabela 1, apresentam-se alguns coeficientes e parâmetros geomecânicos obtidos para cada zona, considerando o critério de resistência de Hoek-Brown modificado para o maciço.

Figura 3. Planta com localização de sondagens efectuadas Figura 4. Secção transversal A, condições geomecânicas

Tabela 1. Coeficientes e parâmetros geomecânicos para cada zona geotécnica

Zona RMR Q MR σc (MPa) mb E (GPa) s a c’ (MPa) φ’ (º) ZG1 58 13,2 51 75 6,36 13 0,00605 0,5 4,5 43 ZG2 33 3,6 34 17 2,36 2,5 0,00029 0,516 0,65 35,5 ZG3 20 0,08 19 9 1,96 1,15 0 0,55 0,275 33

O túnel está localizado sob uma zona da cidade do Porto densamente povoada e antiga. A zona envolvente ao túnel, nomeadamente junto à estação, apresenta alguns edifícios de grandes dimensões, nomeadamente hotéis (Figura 5). Para simulação das cargas devido às infraestruturas existentes à superfície, considerou-se um edifício tipo de habitação em alvenaria com sete pisos e cave, a que corresponde uma sobrecarga de cerca de 87,5kPa.

Figura 5. Infra-estruturas existentes à superfície

O túnel tem sido regularmente inspeccionado pela empresa responsável pelos caminhos de ferro portugueses e periodicamente pelo LNEC [4]. Estas últimas inspecções têm incidido sobre o intradorso do túnel, sobre as bocas e sobre as infra-estruturas existentes à superfície. No interior, as inspecções envolvem os suportes de alvenaria de granito, com caracterização da sua alteração, dos blocos salientes, das fissuras ou fracturas existentes, das regiões com maior ou menor grau de humidade, dos equipamentos existentes e do estado da plataforma. O túnel apresenta patologias inerentes à sua complexidade e devido ao facto de se tratar de um túnel centenário.

ANÁLISE DO COMPORTAMENTO ESTRUTURAL

O túnel de São Bento apresenta diversas bifurcações que, do ponto de vista estrutural, originam situações complexas envolvendo váias cavidades. Foi efectuada uma análise estrutural do túnel considerando diferentes secções tipo (Figura 3): secção A localizada a cerca de 7,0m da boca da estação envolvendo três cavidades, tendo a cavidade central um vão máximo de 17,5m; secção B, a cerca de 35,5m da boca da estação com quatro cavidades, tendo as laterais um vão máximo de cerca de 6,0m e as centrais cerca de 4,5m; secção C com duas cavidades, a cerca de 85,0m da boca da estação, com vão máximo de cerca de 6,2m; e secção D, representativa de cerca de 650m do túnel, com uma só galeria e a 118,5m da boca da estação, com vão máximo de 11,1m. Nesta comunicação, apresentam-se somente análises efectuadas para a secção A, que apresenta uma galeria com um vão de dimensões elevadas. Foi efectuado um estudo paramétrico, considerando fixas as delimitações das diferentes formações, fazendo apenas variar as características geomecânicas. Os modelos desenvolvidos assumiram a hipótese de estado plano de deformação, com inclusão de suportes de alvenaria com 60cm de espessura, e adoptado para cada galeria a sua escavação total ou um faseamento construtivo simulando o método belga.

Na Tabela 2, sintetizam-se os diferentes modelos numéricos adoptados para a secção A. Assumiram-se coeficientes de Poisson de 0,15 para as diferentes formações e de 0,3 para o material de aterro. O peso específico foi considerado igual para todas as formações rochosas, com o valor de 27kN/m3_{. O estado de tensão inicial foi simulado} por uma tensão vertical igual ao peso das camadas sobreadjacentes e por uma tensão horizontal fracção (K0) dessa mesma tensão. Adoptaram-se, de acordo com a experiência em maciços similares, valores de K0 igual a 0,5, 0,8 e 1,0. Para o material de aterro, atribuíram-se os seguintes parâmetros: peso específico de 22kN/m3_{, ângulo de atrito de}

φ’=35º, coesão efectiva de c’=15KPa e módulo de elasticidade 50MPa. Para o suporte de alvenaria, consideram-se vários valores para o módulo de deformabilidade equivalente (Es=1, 3 e 5GPa), recorrendo à informação existente e a estudos efectuados para alvenarias de granito do mosteiro da Serra do Pilar [2]. A zona ZG2 _{corresponde a um material}

ZG1 alterado, tendo sido assumidos parâmetros geotécnicos constantes E=10GPa, mb=4,684, s=0,0031, a=0,5,

σc=60MPa [1].

No modelo A0, de referência, adoptaram-se características geomecânicas médias para as zonas geotécnicas ZG1 e ZG3, assim como para Es. Nos modelos A1, A2 e A3, mantiveram-se os parâmetros geomecânicos médios, assim como o Es e o método construtivo, fazendo-se variar o valor de K0. Nos modelos A4 e A5, fez-se variar Es, enquanto que, nos modelos A6 e A7, se consideraram valores máximos e mínimos para as características das formações geomecânicas ZG1 e ZG3, mantendo os demais parâmetros com valores médios. Finalmente, nos modelos A8, A9 e A10, procurou-se simular o método construtivo faseado. Consideraram-se parâmetros geomecânicos médios, máximos e mínimos para as formações ZG1 e ZG3, adoptando valores médios para K0 e Es. Consideraram-se, ainda, dois modelos adicionais A11 e A12 similares a A2, não referenciados no quadro, adoptando em A11 o critério de Mohr-Coulomb em vez do critério de Hoek-Brown modificado e em A12 um modelo sem suporte. O modelo A11 tem as características do modelo A2, com a excepção dos parâmetros resistentes, em que foram adoptados: ZG1 – c’=3,5MPa e φ’=42º; ZG2 – c’=0,4MPa e φ’=34º; ZG2 _{– c’=0,7MPa e} φ’=42º; ZG3 – c’=0,15MPa e φ’=32º.

Tabela 2. Modelos numéricos para a secção A ZG1 ZG3 M K0 C Es (GPa) _(GPa) E mb s σc (MPa) E (GPa) mb s (MPa) σc A0 0,8 NF 3 13 6,16 0,005 75 1,15 1,895 0 9 A1 0,5 NF 3 13 6,16 0,005 75 1,15 1,895 0 9 A2 0,8 NF 3 13 6,16 0,005 75 1,15 1,895 0 9 A3 1,0 NF 3 13 6,16 0,005 75 1,15 1,895 0 9 A4 0,8 NF 1 13 6,16 0,005 75 1,15 1,895 0 9 A5 0,8 NF 5 13 6,16 0,005 75 1,15 1,895 0 9 A6 0,8 NF 3 16 8,03 0,009 85 1,8 2,47 0 12 A7 0,8 NF 3 10 4,68 0,0031 65 0,5 1,44 0 6 A8 0,8 F 3 13 6,16 0,005 75 1,15 1,895 0 9 A9 0,8 F 3 16 8,03 0,009 85 1,8 2,47 0 12 A10 0,8 F 3 10 4,68 0,0031 65 0,5 1,44 0 6

M – Modelo; C – Construção; NF – Não faseada; F– Faseada.

Na Figura 6, apresentam-se as malhas de elementos finitos utilizadas para as diferentes sequências de cálculo, considerando a escavação das galerias de uma só vez e segundo a sequência do método belga.

Figura 6. Malhas de elementos finitos para a secção A

Os deslocamentos foram obtidos para as fases mais significativas, isto é, abertura do túnel lateral esquerdo (fase 2), abertura do túnel central e colocação do suporte no túnel lateral esquerdo (fase 3) e abertura do túnel lateral direito e colocação de suporte no túnel central (fase 4). A fase inicial corresponde apenas ao cálculo do estado de tensão inicial instalado no maciço, de natureza gravitacional e a última fase (fase 5) à colocação do suporte no túnel lateral direito, que pouco influencia o comportamento estrutural. Dos cálculos efectuados, o modelo A2 constitui a situação de referência. Assim, apresentam-se, na Figura 7, os deslocamentos ao redor das cavidades para este modelo. A influência nos deslocamentos da sequência construtiva é particularmente importante na cavidade central de maior vão. Ocorrem os maiores deslocamentos sensivelmente a meio vão, com valores máximos de cerca de 3,5mm aquando a sua abertura e que aumentam para cerca de 4,2mm com a abertura da galeria direita. Nos hasteais, os valores dos deslocamentos têm uma expressão relativamente reduzida. Na soleira os valores são inferiores aos do tecto com valores máximos de 1,0mm, que são essencialmente influenciados pela sua abertura. Para as galerias laterais constata-se que os deslocamentos têm valores menos significativos com um máximo que não chega a atingir 1,0mm, fortemente influenciados pela sua abertura. Os vectores de deslocamentos são preferencialmente dirigidos para a galeria central, o que influencia fortemente o comportamento estrutural deste complexo de obras subterrâneas. À superfície os deslocamentos são muito influenciados pelas camadas de aterro existentes. Os resultados do modelo A7, também evidenciados na Figura 7, apresentam maior contraste, devido ao facto de se ter admitido para as diferentes formações geomecânicas parâmetros elásticos e de resistência mais baixos. Existe um aumento importante de deslocamentos relativamente à situação A2, apresentando na fase 2 deslocamentos ligeiramente superiores, mas que aumentam bastante nas fases 3 (máximo de 5,3mm) e 4 (máximo de 6,0mm). A deformada no vão da galeria central, para além de apresentar valores superiores, indicia uma concentração de deslocamentos no coroamento, o que pode evidenciar uma certa instabilidade. Nos hasteais os deslocamentos continuam a ser reduzidos e na soleira há apenas um pequeno incremento dos deslocamentos.

A Figura 7 ilustra ainda os coeficientes de segurança na última fase e as zonas em rotura, obtidas em redor das cavidades para os modelos A2 e A7. Para o modelo A2, a abertura da primeira cavidade diminui consideravelmente o factor de segurança em seu redor com valor próximo da unidade, mas sem evidenciar rotura. A abertura da galeria central, pelo contrário, provoca na vizinhança das cavidades roturas por tracção e corte no coroamento da cavidade e nas zonas de transição de ZG2 para ZG3 e para ZG1. A abertura da galeria esquerda não faz aumentar as zonas em

rotura, mas provoca uma diminuição da segurança ao redor desta cavidade. Nos pilares, os coeficientes de segurança são relativamente baixos. Relativamente ao modelo A7, tal como anteriormente só surgem roturas na fase 3 com a abertura

da galeria central, apresentando uma expressão muito mais significativa. Na fase seguinte há uma redução acentuada do coeficiente de segurança, sem aumento significativo das zonas em rotura.

modelo A2 modelo A7

Deslocamento máximo 4,2mm Deslocamento máximo 6,0mm

Figura 7. Deslocamentos e zonas em rotura

Tendo em consideração as análises efectuadas foi possível concluir que: i) os deslocamentos do túnel central são manifestamente superiores aos dos túneis laterais, sendo muito mais acentuados na zona do coroamento e, com a excepção das situações correspondentes a maciços com maior deformabilidade, não se verificam alterações relevantes no campo dos deslocamentos; a evolução dos deslocamentos com as fases é sobretudo condicionada pela abertura do tecto da cavidade central; ii) a abertura da galeria central provoca na vizinhança das cavidades, e em particular no tecto, zonas em rotura com uma extensão significativa, para as várias hipóteses assumidas no cálculo; nos pilares entre cavidades, os coeficientes de segurança são relativamente baixos.

DESENVOLVIMENTO DO SISTEMA MATUF

Efectuou-se o desenvolvimento do sistema computacional MATUF (Metodologia de Apoio a TUneis Ferroviários), para permitir tratar informação respeitante a túneis ferroviários e avaliar as condições de segurança com base num sistema baseado em conhecimento [1, 5]. Na Figura 8, referem-se os diversos níveis de informação processados pelo MATUF. Identifica-se de início o sistema ferroviário português, e os túneis inseridos em cada uma das linhas ferroviárias existentes. Para cada túnel, definem-se os seus dados gerais, os equipamentos existentes e as bocas de entrada e de saída, bem como os taludes envolventes. Consideram-se, ainda, as informações resultantes da exploração do túnel, distinguindo-se as respeitantes às inspecções e as respeitantes à observação e ensaios. O sistema está dividido em dois módulos de aplicação, em que o primeiro permite constituir uma base de dados e o segundo contém os programas de aplicação. Na Figura 9, ilustra-se a interface principal do sistema MATUF, onde se pode visualizar o acesso aos dois módulos descritos anteriormente.

Na implementação do sistema, foram utilizadas diversas plataformas de desenvolvimento, nomeadamente Visual

Basic no módulo central e na representação gráfica de inspecções, de alguns dados gerais e equipamentos, Excel para

representação gráfica dos resultados de observação, Access nas bases de dados relacionais e KAPPA-PC no sistema baseado em conhecimento. O módulo central permite efectuar o controlo das várias tarefas que uma vez efectuadas retornam ao mesmo. O sistema contém vários módulos de aplicação (Figura 9): TUINSP - arquivo das informações obtidas em campanhas de inspecção visual; TUOBS – arquivo das campanhas de observação; TUGRAF - representação gráfica da informação resultante das inspecções e obervações; TUMOD - arquivo e visualização de resultados mais relevantes de cálculos efectuados utilizando modelos numéricos por elementos finitos (programa Phase2); TUPER - subsistema baseado em conhecimento para apoio na avaliação da segurança e estabelecimento de recomendações tendo em vista a reabilitação do túnel. A base de dados que contém a informação respeitante aos dados do túnel e das campanhas de inspecção (TUINSP) e de observação (TUOBS), designada de SITUFE, foi desenvolvida utilizando o software Access. O subsistema TUPER foi desenvolvido no ambiente de programação de AI, utilizando o software KAPPA-PC. A análise passa pela definição das anomalias que ocorrem nestas obras, que é baseada em considerações qualitativas dado que a informação existente é sobretudo baseada nas inspecções visuais. Faz-se uma análise pormenorizada das possíveis causas de desvio em relação ao comportamento normal recorrendo-se a redes causais onde os factores intervenientes são as anomalias detectadas e (ou) observadas nas inspecções ou observações. Deste modo identificam-se cenários para interpretação do comportamento e, em seguida, associam-se as anomalias aos cenários considerados justificativos. Uma vez analisados os cenários de ocorrência possível, são verificadas possíveis soluções

para o problema em análise e estabelecidas recomendações. Procurou-se no desenvolvimento deste subsistema seguir, em termos conceptuais, o sistema pericial SISAS elaborado para o controlo da segurança de barragens de betão [3]. A filosofia adoptada no TUPER está esquematicamente apresentada na Figura 10.

- Infraestruturas existentes à superfície 1º Nível DADOS DO TÚNEL - Características do maciço

- Bocas de entrada e de saída (taludes)

- Fotografias INSPECÇÕES EFECTUADAS - Cálculos estruturais

- Filmes de vídeo 2º Nível

OBSERVAÇÕES E ENSAIOS - Equipamentos de observação e de ensaio

ARQUIVO E REPRESENTAÇÃO DA INFORMAÇÃO

3º Nível AVALIAÇÃO DAS CONDIÇÕES DE SEGURANÇA

RECOMENDAÇÕES PARA A REABILITAÇÃO

MATUF

Figura 8. Níveis de informação no MATUF Figura 9. Sistema MATUF – interface principal

A aquisição de conhecimento corresponde ao desenvolvimento das etapas iniciais de um sistema baseado em conhecimento e foi baseada principalmente na experiência do LNEC [4], na documentação existente e, ainda, em contactos efectuados com especialistas do SNCF, do CETu e da REFER. Os cenários de comportamentos anómalos considerados são de vários tipos, de carácter geral relacionados com as deficiências de projecto e (ou) de execução, com a ocorrência de humidades ou água em excesso, com o deficiente comportamento da estrutura em relação aos suportes e às formações geotécnicas envolvidas. Foram identificados 7 cenários: T01 - Deficiência de projecto/execução; T02 - Humidades excessivas; T03 - Drenagem deficiente; T04 - Deformação localizada e excessiva; T05 - Fissuração do suporte e do maciço; T06 - Deterioração do suporte; e T07 - Degradação do maciço rochoso. Foi, ainda, estabelecido um conjunto de recomendações globais e específicas para eventual reparação das anomalias identificadas nos túneis. As recomendações específicas estão associadas a cada um dos cenários de anomalias, enquanto que as recomendações globais estão associadas a problemas de carácter geral, permitindo complementar o diagnóstico. As recomendações globais foram classificadas tendo em vista aspectos gerais visando a intervenção sobre o túnel, nomeadamente sobre a modernização e a adaptação geométrica a novos gabaritos, as intervenções sobre túneis não revestidos, sobre suportes antigos e visando o reforço estrutural e a mitigação dos efeitos devido à presença da água (Tabela 3).

Por forma a simular o processo de raciocínio de um especialista perante situações anómalas e proceder à elaboração de um diagnóstico, isto é, efectuar uma avaliação das condições de segurança e estabelecer recomendações tendo em vista a reabilitação das obras, foram desenvolvidas redes causais [3]. As redes desenvolvidas estão relacionadas com as características ou ocorrências mais importantes neste tipo de obras e procuraram ser os mais flexíveis possíveis de forma a aplicarem-se a qualquer túnel. Foram desenvolvidas quatro redes incidindo sobre as características estruturais, a presença de água, a deformação e a fissuração. Neste trabalho, foi dado especial enfoque à presença da água nas subestruturas.

O ambiente de programação KAPPA-PC em que foi desenvolvido o subsistema TUPER recorre a programação orientada por objectos. A estruturação das classes foi organizada isolando a informação em várias classes e criando relações de herança, onde os atributos são comuns. A maior parte das relações são do tipo has a, enquanto as relações do tipo is a aparecem nas classes avarias e observações. Existem tanto nas avarias, como nas observações, várias componentes que têm atributos e comportamentos diferentes, mas que pertencem todas ao mesmo tipo de classe, tendo-se assim aplicado os conceitos de polimorfismo e de hereditariedade [1]. Esta estrutura de clastendo-ses foi criada de modo a que se possa averiguar a segurança e estabelecer recomendações para os vários túneis activos existentes em Portugal. Devido a esta particularidade, a criação das instâncias teve que ser programada de forma dinâmica. Os objectos são

Figura 10. Filosofia adoptado no Tuper

Definição de anomalias

Estabelecimento de redes causais Análise das possíveis

causas

Identificação dos cenários Estudo dos cenários das

situações anormais Identificação de soluções (recomendações) Soluções para o problema

iniciados através da leitura da informação contida em ficheiros da base de dados. Foram usadas funções internas do KAPPA-PC que permitem uma interface com o Access. As regras do TUPER são utilizadas para inferir um determinado objectivo. O motor de inferência usa estas regras e verifica se um determinado cenário está activo ou não. Estas regras foram estruturadas de modo a tirar conclusões respeitantes às múltiplas avarias de uma determinada subestrutura pertencente a um túnel. O método de inferência utilizado pelo motor de inferência foi o backward chaining. Este método estabelece se um determinado cenário está activo ou não, utilizando as conclusões das regras previamente estabelecidas. A ligação do TUPER ao Visual Basic foi realizada através do DDE. Foram estabelecidos dois tipos de comunicação: o acesso à informação e a execução de comandos.

Tabela 3. Recomendações globais para intervenção nos túneis

Grupos Recomendações Descrição RG101 Modernização do túnel Gerais

RG102 Adaptação geométrica

RG201 Saneamento da superfície exposta RG202 Aplicação de pregagens

RG203 Aplicação de betão projectado Túneis não revestidos

RG204 Captação de veios de água RG301 Fecho e reparação de juntas RG302 Reconstituição de trechos de suporte Suportes antigos

RG303 Injecções no extradorso

RG401 Construção de anéis resistentes pontuais RG402 Betão cofrado ou betão projectado armado RG403 Injecções no terreno

RG404 Criação ou reforço de soleira Reforço estrutural

RG405 Aplicação de ancoragens

Presença da água RG501 Drenagem, colecta e evacuação de águas

APLICAÇÃO AO TÚNEL DE SÃO BENTO

Foi aplicado o subsistema TUPER ao túnel de São Bento, tendo apenas sido consideradas informações respeitantes à presença da água. A análise efectuada pela rede de humidades tem em consideração as inúmeras características das infiltrações, das humidades e dos veios de água, nomeadamente a área de influência e a sua classificação. Pela análise da rede da presença da água, um determinado cenário poderá estar activo ou não consoante a intensidade das anomalias e das deficiências detectadas. O conjunto de cenários que fazem parte desta análise é constituído por humidades excessivas (cenário T02), drenagem deficiente (T03), fissuração do suporte e do maciço (T05) e, eventualmente, mas com uma menor probabilidade de ocorrência, deficiência de projecto/execução (T01), deterioração do suporte (T06) e degradação do maciço rochoso (T07).

Procedendo à análise das anomalias respeitantes à presença de água, detectou-se, no túnel de São Bento, que os possíveis cenários activos eram T02, T03 e T06. As anomalias relativas à presença da água são significativas, conduzindo à activação do cenário T02 em determinadas subestruturas, mas não para todo o túnel. Os critérios utilizados na análise de uma determinada subestrutura são os mesmos que se utilizam para o túnel na sua globalidade. Assim, na análise de um túnel com várias subestruturas, procede-se, primeiramente, à avaliação de cada uma individualmente e, por fim, à do túnel como estrutura global. Os dados utilizados foram obtidos da inspecção efectuada pelo LNEC [4].

O subsistema TUPER é inicializado a partir da interface principal do sistema MATUF (Figura 10), sendo necessário posteriormente seleccionar a data de inspecção sobre a qual irá incidir a análise. O processamento da informação é activado e o sistema efectua uma análise e termina disponibilizando o diagnóstico através das interfaces desenvolvidas. Todos os dados utilizados na avaliação do túnel são processados de forma automática, sendo as interfaces implementadas em Visual Basic. As primeiras informações obtidas dizem respeito ao conjunto de cenários considerados para serem investigados, seguidamente procede-se à verificação dos cenários que foram identificados, isto é, dos cenários activos no túnel (Figura 11). Através do botão ‘justificar’ o utilizador tem acesso às justificações que levaram o sistema a identificar determinado cenário como activo para cada subestrutura do túnel e, ainda, às justificações complementares que completam o diagnóstico efectuado pelo subsistema ao túnel e que têm em consideração problemas globais a ele associados. A interface de justificação do cenário permite, ainda, dois níveis de recomendações, um associado ao cenário designado por recomendações específicas, e outro de carácter geral designado por recomendações globais.

Figura 11. Interface dos cenários activos no túnel de São Bento

A informação disponível é, ainda, bastante reduzida mas mediante esta sintetização de informação é possível proceder no futuro de uma forma mais exaustiva a uma análise de outros aspectos. Através dos resultados da inspecção efectuada pelo LNEC ao túnel de São Bento, nomeadamente pela visualização do mapeamento do intradorso do túnel, procurou-se verificar se o diagnóstico estabelecido pelo sistema era ou não adequado. Analisando as infiltrações e as humidades, foi possível concluir que o diagnóstico apresentado pelo subsistema TUPER era adequado.

CONCLUSÃO

A aplicação do subsistema TUPER ao túnel de São Bento permitiu reconhecer o interesse em se dispor de ferramentas de apoio à avaliação e ao controlo da segurança em obras ferroviárias. Esta implementação com base em dados relativos à presença da água, demonstrou a sua aplicabilidade e permitiu observar quais as subestruturas do túnel que necessitavam eventualmente de intervenção, que critérios é que levaram o subsistema a efectuar essa escolha e que medidas se podem tomar para proceder a uma reabilitação.

Podemos concluir que, na implementação do sistema para a rede da presença da água, os resultados obtidos são comprovados pela inspecção efectuada, o que demonstra a coerência do sistema. Para a obra em questão, é fundamental a aplicação da rede das características estruturais devido à sua geometria particular, à sua localização em meio urbano, à sua idade, à sua importância como meio de transporte e ao tráfego associado. Os resultados obtidos com esta aplicação permitem-nos, também, concluir da importância de metodologias de apoio computacionais com base em técnicas de inteligência artificial no controlo da segurança de túneis ferroviários, o que permite em tempo real uma maior eficácia nas operações habitualmente conduzidas na inspecção destas obras.

AGRADECIMENTOS

À REFER – Rede Ferroviária Nacional, EP, agradece-se pela possibilidade de incluir informação respeitante ao túnel de São Bento. O trabalho foi efectuado no âmbito do programa POCTI, projecto Concepção, Projecto e

Reabilitação de Túneis em Obras Viárias.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

[1] Silva Domingues, C.O. (2001). Controlo da segurança de túneis ferroviários. Desenvolvimentos de metodologias de apoio e de sistemas baseados em conhecimento. Tese de Mestrado, FEUP, Porto, 276p.

[2] Silva Domingues, C.O, Sousa, L.R., Portela, E. & Carrilho, F. (2002). Análise do comportamento do túnel de São Bento. Aplicação de um sistema baseado em conhecimento. 8º Congresso Nacional de Geotecnia, Lisboa, pp. 1143-1156.

[3] Portela E. (1999). Novas metodologias de apoio ao controlo de segurança de barragens de betão. Uma abordagem através de sistemas periciais. Tese de Doutoramento, IST, Lisboa, 392p.

[4] Sousa, L.R.; Jorge, C.; Vieira, A. (1999). Inspecção e controlo da segurança de túneis de caminho de ferro. Túneis da Trindade, São Bento, Seminário II, China II, Tamel, Caminha, Régua e Bagaúste. Relatório do LNEC 79/99, Lisboa, 188p.

[5] Portela, E., Silva Domingues, C. & Sousa, L.R. (2002). Novas tecnologias de informação na observação de grandes obras geotécnicas: Aplicação a túneis ferroviários. 1º Congresso Luso-Brasileiro de Geotecnia, São Paulo.