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Tese

A coupled TRS-DFN-DEM approach to assess the role of rock foliation on the stability of shallow tunnels in discontinuous rock masses (2019)

  • Authors:
  • Autor USP: CACCIARI, PEDRO PAZZOTO - EP
  • Unidade: EP
  • Sigla do Departamento: PEF
  • Subjects: GEOTECNIA; MECÂNICA DE ROCHAS
  • Agências de fomento:
  • Language: Inglês
  • Abstract: Para propósitos de engenharia, maciços rochosos em profundidades rasas são, geralmente, considerados conjuntos de blocos definidos por descontinuidades como acamamento, foliação, bandamento, fraturas, zonas de cisalhamento, falhas e etc. Em condições de baixo confinamento, escorregamentos e rotações de blocos individuais (por gravidade), são a principal cause de problemas de estabilidade em túneis, enquanto rupturas induzidas por tensões não são usuais. Portanto, as características geométricas (forma, orientação espacial, tamanho e intensidade) e mecânicas (resistência e deformabilidade) das descontinuidades são essenciais nestes casos. Dentre os métodos numéricos existentes, o método dos elementos discretos (MED) é o mais adequado para representar maciços rochosos descontínuos e simular os problemas de estabilidade anteriormente mencionados. Recentemente, sensoriamento remoto terrestre (SRT) tem sido utilizado para criar modelos digitais 3D de maciços rochosos para fins de mapeamento de descontinuidades, aumentando a quantidade de dados (posição, orientação, comprimento dos traços, etc.) disponíveis em investigações geológicas. Os resultados obtidos a partir de mapeamento via SRT são adequados para gerar modelos de redes discretas de fraturas (RDF), que representam, adequadamente, a variabilidade natural dos parâmetros geométricos das descontinuidades a partir das funções de densidade de probabilidade. Além disso, o comportamento mecânico de cada RDF (cada conjunto de descontinuidades) precisa ser caracterizado considerando as particularidades de cada tipo de estrutura geológica (e.g. fraturas, foliação, falhas e etc.) Esta tese de doutorado apresenta uma técnica baseada no acoplamento entre SRT-RDF-MED para modelar túneis construídos em maciços rochoso metamórficos descontínuos.Primeiramente, uma campanha laboratorial extensiva, incluindo testes de cisalhamento direto e de arrancamento, mostrou forte influência da quantidade de mica no comportamento mecânico de planos de foliação isolados. Uma comparação entre testes de arrancamento, tração direta e compressão diametral mostrou que o primeiro se trata de uma nova alternativa com vantagens práticas para investigar a resistência à tração de rochas e estruturas geológicas. Os resultados de laboratório possibilitaram a introdução de um novo parâmetro, definido como a porcentagem da área coberta por mica nos planos de foliação (Ma), incluído como variável independente em uma envoltória de resistência 3D para planos de foliação. Uma metodologia prática foi desenvolvida para criar RDFs continuas ao longo de túneis, baseando-se mapeamento detalhado via SRT e análises de descontinuidades automáticas, pelo método de janelas de amostragem. As RDFs contínuas evidenciam a variabilidade de intensidade volumétrica das descontinuidades ao longo do túnel, aumentando a similaridade entre mapas de traços de fraturas virtuais (baseados em RDFs) e reais (baseados em SRT). Além disso, a automatização de análises de descontinuidades complexas e da geração de RDFs reduz o tempo necessário para criação de modelos pelo MED a partir do mapeamento geológico de afloramentos rochosos. Por fim, um estudo de caso mostrou que a quantidade de mica nos planos de foliação explica o atual estado de estabilidade de um túnel antigo, construído em maciço rochoso gnáissico descontínuo. Portanto, subestimar a resistência desta estrutura geológica, anulando sua coesão e sua resistência à tração, causa condições de estabilidade irreais para o túnel. Análises numéricas com diferentes cenários de alteração por intemperismo mostraram que problemas de estabilidade poderiamocorrer neste túnel, dependendo do avanço da alteração causada por intemperismo ao longo do tempo.
  • Imprenta:
  • Data da defesa: 26.06.2019
    • Acesso à fonte
    How to cite
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    • ABNT

      CACCIARI, Pedro Pazzoto. A coupled TRS-DFN-DEM approach to assess the role of rock foliation on the stability of shallow tunnels in discontinuous rock masses. 2019. Tese (Doutorado) – Universidade de São Paulo, São Paulo, 2019. Disponível em: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3145/tde-02082023-082006/. Acesso em: 06 fev. 2026.

    • APA

      Cacciari, P. P. (2019). A coupled TRS-DFN-DEM approach to assess the role of rock foliation on the stability of shallow tunnels in discontinuous rock masses (Tese (Doutorado). Universidade de São Paulo, São Paulo. Recuperado de https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3145/tde-02082023-082006/

    • NLM

      Cacciari PP. A coupled TRS-DFN-DEM approach to assess the role of rock foliation on the stability of shallow tunnels in discontinuous rock masses [Internet]. 2019 ;[citado 2026 fev. 06 ] Available from: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3145/tde-02082023-082006/

    • Vancouver

      Cacciari PP. A coupled TRS-DFN-DEM approach to assess the role of rock foliation on the stability of shallow tunnels in discontinuous rock masses [Internet]. 2019 ;[citado 2026 fev. 06 ] Available from: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3145/tde-02082023-082006/

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