Dimensionamento Estrutural de Poços Profundos em Betão Armado Inseridos em Maciços ...

136 Pages·2015·2.37 MB·Portuguese

Dimensionamento Estrutural de Poços Profundos em
Betão Armado Inseridos em Maciços Rochosos Fraturados

Miguel Luzia Parrinha

Dissertação para a obtenção do Grau de Mestre em
Engenharia Civil

Orientador: Prof. Doutor Rui Vaz Rodrigues

Júri
Presidente: Prof. Doutor José Joaquim Costa Branco de Oliveira Pedro
Orientador: Prof. Doutor Rui Vaz Rodrigues
Vogal: Prof. Doutor António José da Silva Costa

Outubro 2015

Agradecimentos

Ao meu orientador, o Professor Rui Rodrigues, por todo o apoio, constante disponibilidade e pelos
valiosos conhecimentos transmitidos ao longo do desenvolvimento deste trabalho.
Aos meus pais, a quem não consigo agradecer o suficiente por tudo o que fizeram, fazem, e de
certeza continuarão a fazer por mim em tudo na vida, e que fizeram de mim a pessoa que sou hoje.
Ao meu irmão, Gonçalo, que mesmo sem nada dizer é a minha principal fonte de força e vontade.
À Caroline, por me motivar quando estive em baixo, por me aturar nos momentos de maior
ansiedade, por me alegrar e sobretudo por acreditar em mim quando eu próprio não acreditava.
A todos os meus amigos, em especial ao Carvalho, ao Eddy, ao Garcia e ao Vinagre que foram os
meus fiéis companheiros neste percurso, sem eles teria sido mais difícil.

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Resumo

Na conceção de poços profundos, de secção circular, revestidos em betão armado, inseridos em
maciço rochoso fraturado, é importante conhecer o comportamento e a repartição das cargas verticais
entre a estrutura de betão e a rocha, de forma a proceder ao dimensionamento estrutural do poço. Com
o propósito de conhecer esta repartição, desenvolve-se, nesta dissertação, um modelo analítico para a
obtenção da repartição da carga entre o betão e o maciço rochoso, que tem por base a consideração
estrutural das recravas existentes na parede da rocha, resultantes da utilização de explosivos na
escavação do poço, sendo que este conjunto recrava-rocha ostenta uma certa rigidez capaz de
absorver parte da carga que atua na estrutura de betão. Apresentam-se uma avaliação e análise de
sensibilidade ao modelo concebido, de forma a entender quais os parâmetros mais influentes no
mesmo. Compara-se de seguida o modelo analítico com um modelo obtido através do método de
elementos finitos, discutindo as diferenças observadas entre ambos. Efetua-se, também, o
dimensionamento estrutural de um poço profundo, de secção circular, de modo a verificar a segurança
do mesmo. Em geral, os resultados apresentados pelo modelo analítico são uma boa aproximação em
relação aos resultados obtidos através do Método de Elementos Finitos (MEF), estando do lado da
segurança, pois ambas as forças máximas de tração e de compressão no betão, fornecidas pelo
modelo se exibem superiores às respetivas forças obtidas pelo modelo concebido pelo método de
elementos finitos.

Palavras-Chave: Repartição de carga; dimensionamento estrutural de poços profundos; maciço
rochoso fraturado; betão armado.

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Abstract

In the design of circular cross-section deep shafts, with a reinforced concrete lining, inserted into a
fractured rock mass, it is important to know the behavior and distribution of vertical loads between the
concrete structure and the rock in order to proceed to the structural design of the shaft. With the
purpose of knowing this distribution it is develop, in this thesis, an analytic model to obtain the load
distribution between the concrete and the rock mass, which is based on the structural consideration of
the existing wedges on the wall of the rock, resulting from the use of explosives in the shaft
excavation, this wedge-rock set presents a certain stiffness capable of bearing part of the actuating
load on the concrete structure. It is presented an assessment and sensitivity analysis of the model in
order to understand which the most influent parameters on it are. Then the analytic model is
confronted with model obtained through the finite element method, discussing the differences between
them. It is performed, also, the structural design of a deep shaft of circular cross-section, in order to
verify the safety of the same. In general, the results presented by the analytic model are a good
approximation to the Finite Elements Method (FEM) results, being on the safe side, since both the
maximum traction and compression forces on the concrete, provided by the model, exhibit themselves
superior to respective strengths obtained by the finite element method model.

Key-Words: Vertical load distribution; structural design of deep shafts; fractured rock masses;
reinforced concrete.

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Índice

Agradecimentos ..................................................................................................................................... i
Resumo.................................................................................................................................................. iii
Abstract .................................................................................................................................................. v
Simbologia .......................................................................................................................................... xiii
1 Introdução ...................................................................................................................................... 1
1.1 Conceitos Gerais .................................................................................................................. 1
1.2 Enquadramento..................................................................................................................... 1
1.3 Objetivos ................................................................................................................................ 2
1.4 Estrutura Temática ............................................................................................................... 2
2 Poços Revestidos em Betão Armado .......................................................................................... 5
2.1 Tipos de Poços ..................................................................................................................... 5
2.2 Escavação de Poços ............................................................................................................ 8
2.2.1 Poços Profundos Inseridos em Maciço Rochoso ............................................................ 8
2.3 Generalidades de Sísmica para Grandes Estruturas Subterrâneas .......................... 11
3 Modelo Analítico para Obtenção da Repartição de Carga ...................................................... 13
3.1 Equilíbrio na Situação de Deslizamento ......................................................................... 14
3.2 Deformação do Betão e do Maciço Rochoso ................................................................. 16
3.2.1 Deformação Horizontal do Anel de Betão ..................................................................... 16
3.2.2 Deformação Horizontal do Maciço Rochoso ................................................................. 17
3.2.3 Deformação Vertical do Maciço Rochoso ..................................................................... 22
3.2.4 Deformação Vertical da Parede de Betão ..................................................................... 25
3.3 Rigidez do Conjunto Cunha-Rocha ................................................................................. 26
3.4 Cálculo Analítico da Repartição da Carga Axial ............................................................ 28
4 Avaliação e Análise de Sensibilidade do Modelo .................................................................... 31
4.1 Avaliação do Modelo de Repartição de Carga .............................................................. 31
4.1.1 Comportamento do Conjunto Cunha-Rocha ................................................................. 32
4.1.2 Deformação Vertical da Parede da Rocha .................................................................... 34
4.1.3 Comportamento da Parede em Betão ........................................................................... 35
4.1.4 Rigidez do Conjunto Cunha-Rocha ............................................................................... 36
4.1.5 Cálculo da Repartição de Carga ................................................................................... 38
4.2 Análise de Sensibilidade do Modelo de Repartição de Carga .................................... 42
4.2.1 Força Axial Máxima no Betão ........................................................................................ 43
4.2.2 Força Máxima no Maciço Rochoso ............................................................................... 46
4.2.3 Deslocamento no Topo do Poço ................................................................................... 48

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5 Modelo de Barra Simples ............................................................................................................ 53
5.1 Barra Sem Molas ................................................................................................................ 53
5.2 Barra Com Molas ................................................................................................................ 57
6 Modelo do Poço por Elementos de Casca ................................................................................ 65
6.1 Modelação Sem Molas ...................................................................................................... 66
6.2 Modelação Com Molas ...................................................................................................... 70
7 Discussão da Hipótese do Campo de Deslocamentos ........................................................... 79
7.1 Comparação com a Situação Sem Recravas ................................................................ 83
7.2 Comparação com a Situação Com Recravas ................................................................ 85
8 Dimensionamento Estrutural do Poço ...................................................................................... 91
8.1 Verificação da Compressão no Betão ............................................................................. 91
8.2 Verificação da Tração no Betão e Cálculo de Armaduras ........................................... 93
9 Conclusões e Desenvolvimentos Futuros ................................................................................ 97
10 Referências Bibliográficas ......................................................................................................... 99
Anexos ................................................................................................................................................ 101

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