ANÁLISE DO CO UMA UTURA EM ADO DE REVESTIMENTO D E · 2017-08-25 · prontidão que demonstraram para comigo, e o auxilio que me prestaram. ... variáveis associadas à ponte rolante

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MESTRADO INTEGRADO EM ENGENHARIA CIVIL 2008/2009

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Este documento foi produzido a partir de versão electrónica fornecida pelo respectivo Autor.

Aos meus Pais

____ Análise do comportamento de uma estrutura em abóbada de betão armado de revestimento de uma caverna subterrânea

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AGRADECIMENTOS

Ao orientador professor Domingos Silva Matos pela dedicada orientação, pelo incentivo, disponibilidade e compreensão demonstrada ao longo de toda a tese. A ter valor, este trabalho deve-o fundamentalmente a ele.

Ao meu co-orientador professor Celso Lima, pelo precioso auxilio e orientação, tanto nos seus pareceres e conselhos, como na indicação de elementos técnicos.

Ao meu Pai, pelo exemplo de vida, de profissionalismo, e dedicação à família.

À minha mãe, pelo amor e carinho que só uma mãe tem por um filho.

Ao meu irmão, pela amizade eterna, companheirismo e cumplicidade ao longo de toda a minha vida, a ti o meu muito obrigado.

À Helena por todo o amor, paciência, carinho e incentivo demonstrado ao longo de toda a tese, a ti o meu muito obrigado.

À minha família, aos meus avôs pelo carinho e amor de toda vida, ao Manuel e à Sameiro pela prontidão que demonstraram para comigo, e o auxilio que me prestaram.

Aos amigos, Diana, Rita e João pela amizade e companheirismo demonstrado ao longo de todos estes anos, ao grupo esplêndido que me auxiliou no inicio desta grande caminhada, o Fernando, a Marta, o Maia, o Natalino e o Francisco.

A Deus, por toda a força, que em alturas de fraqueza me deu.

Se estes agradecimentos omitirem alguém, trata-se apenas de um lapso no papel, pois tenho bem presente o apoio e as valiosas contribuições de todos.

Análise do comportamento de uma estrutura em abóbada de betão armado de revestimento de uma caverna subterrânea ___

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RESUMO

O presente trabalho aborda um estudo geotécnico e estrutural da abóbada de betão armado de revestimento da central hidroeléctrica, que se enquadra no reforço de potência do aproveitamento hidroeléctrico do Picote. A análise centra-se sobretudo no estudo da tipologia da central e na análise dos parâmetros característicos do maciço rochoso, sendo efectuado posteriormente o dimensionamento da abóbada da central, em betão armado.

A nível geotécnico é efectuada uma análise da prospecção e caracterização geotécnica, que apoiam os métodos de avanço e escavação do maciço rochoso, os condicionalismos e adopção das diversas geometrias das cavernas, os elementos de suporte primários e secundários a utilizar para garantir a segurança da obra, e as verificações de estabilidade local e global de todo o maciço rochoso.

Desta análise geotécnica são retirados os elementos que serão posteriormente adoptados para a realização do dimensionamento e verificação da estabilidade da abóbada em betão a realizar na central hidroeléctrica.

A nível estrutural, é efectuado o dimensionamento da abóbada em betão de revestimento da zona superior da caverna da central, onde se assume como acção de relevo o efeito induzido pela escavação da zona inferior da caverna, que foi efectuada após a construção da abóbada.

Foram também consideradas as acções relativas ao peso próprio da abóbada, às cargas permanentes e variáveis associadas à ponte rolante da central e, também, as acções devidas aos fenómenos de fluência e retracção do betão.

Assinalam-se também a realização de análises específicas considerando eventuais zonas do maciço com piores características mecânicas e resistentes bem como cálculos considerando zonas de descontinuidades entre a abóbada e o maciço envolvente.

Palavras-Chave: Obras subterrâneas, cavernas, faseamento construtivo, interacção estrutura-maciço envolvente, análise estrutural, estruturas de contenção e suporte.


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ABSTRACT

This thesis addresses a study of the geotechnical and structural dome of reinforced concrete lining of the hydroelectric plant, which fits in strengthening the power of harnessing the hydroelectric Picote. The analysis focuses mainly on studying the typology of the central and the analysis of characteristic parameters of the rock mass, and subsequently made the size of the central dome, reinforced concrete.

On the geotechnical analysis is made of geotechnical exploration and characterization, which support and advance the methods of excavation of rock mass, the constraints and adoption of various geometries of caves, the supporting elements of primary and secondary use to ensure the safety of the work and the findings of local and global stability of the whole rock mass.

This analysis is taken from the geotechnical elements that will be adopted for the completion of design and verification of the stability of the concrete vault to be held at hydropower.

The structural level is made in the size of the dome of concrete lining of the upper zone of the central cave, which is assumed to measure the effect of topography induced by excavation of the area below the cave, which was made after the construction of the dome.

We also considered the actions concerning the weight of the vault itself, the permanent and variable charges associated with the traveler's center and also the actions due to phenomena of creep and shrinkage of concrete.

It is also the conduct of analysis considering any specific areas with the worst characteristics of the mass and mechanical resistance as well as calculations considering areas of discontinuity between the dome and the massive environment.

Keywords: groundwater works, caves, constructive stages, mass-environment interaction structure, structural analysis, structures of containment and support.


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ÍNDICE GERAL

AGRADECIMENTOS ............................................................................................................................................... I

RESUMO................................................................................................................................................................. III

ABSTRACT ............................................................................................................................................................. V

1. INTRODUÇÃO ............................................................................................................................... 1

1.1. PREAMBULO ................................................................................................................................................. 1

1.2. MOTIVAÇÃO E OBJECTIVOS DO PRESENTE TRABALHO ....................................................................... 2

1.3. DESCRIÇÃO DOS CONTEÚDOS DOS CAPÍTULOS .................................................................................... 2

1.4. DESCRIÇÃO DA OBRA ................................................................................................................................. 4

1.4.1. LOCALIZAÇÃO E GEOMORFOLOGIA ............................................................................................................... 4

1.4.2. CARACTERÍSTICAS GERAIS ........................................................................................................................... 5

1.4.2.1. Central hidroeléctrica ............................................................................................................................. 6

1.4.2.2. Características do reforço de potência ............................................................................................... 8

2. ANÁLISE GEOTÉCNICA ................................................................................................ 11

2.1. OBRAS SUBTERRÂNEAS .......................................................................................................................... 11

2.1.1. ORIENTAÇÃO .............................................................................................................................................. 11

2.1.2. CAVERNAS .................................................................................................................................................. 12

2.1.2.1. Cavernas elípticas ................................................................................................................................ 12

2.1.2.2. Cavernas em forma de ferradura ....................................................................................................... 13

2.1.2.3. Cavernas em forma de cogumelo ...................................................................................................... 15

2.2. MÉTODO DE ESCAVAÇÃO ........................................................................................................................ 16

2.2.1. MÉTODO DRILL & BLAST ............................................................................................................................. 16

2.2.2. MÉTODO NATM ........................................................................................................................................... 17

2.3. MÉTODO DE AVANÇO ................................................................................................................................ 18

2.3.1. ESCAVAÇÃO TOTAL ..................................................................................................................................... 18

2.3.2. ESCAVAÇÃO POR GALERIA FRONTAL DE BANCADA .................................................................................... 18

2.3.3. ESCAVAÇÃO COM GALERIAS ....................................................................................................................... 19

2.4. APLICAÇÃO À CENTRAL DE PICOTE ....................................................................................................... 19

2.5. ANÁLISE DE RISCOS .................................................................................................................................. 21


viii

2.6. ANÁLISE GEOLÓGICA DO MACIÇO (SONDAGENS) ............................................................................... 21

2.6.1. ANÁLISE DE SONDAGENS ............................................................................................................................ 22

2.6.2. ANÁLISE DAS DESCONTINUIDADES ............................................................................................................. 23

2.7. ANÁLISE GEOTÉCNICA DO MACIÇO (ENSAIOS) .................................................................................... 24

2.7.1. ENSAIOS DE CARACTERIZAÇÃO HIDRÁULICA “IN SITU” ............................................................................... 24

2.7.2. ENSAIOS DE CARACTERIZAÇÃO MECÂNICA ................................................................................................ 25

2.7.2.1. Ensaios “in situ” .................................................................................................................................... 25

2.7.2.2. Ensaios laboraturiais ............................................................................................................................ 28

2.8. SISTEMAS DE CLASSIFICAÇÃO DO MACIÇO .......................................................................................... 29

2.8.1. CLASSIFICAÇÃO TENDO EM CONSIDERAÇÃO A ALTERAÇÃO DO MACIÇO .................................................... 29

2.8.2. CLASSIFICAÇÕES GEOMECÂNICAS ............................................................................................................. 31

2.8.2.1. Sistema RMR ........................................................................................................................................ 31

2.8.2.2. Sistema Q .............................................................................................................................................. 31

2.8.2.3. Sistema GSI .......................................................................................................................................... 31

2.8.3. APLICAÇÃO E ANÁLISE DOS RESULTADOS .................................................................................................. 32

2.8.3.1. Sondagem BD1 ..................................................................................................................................... 32

2.8.3.2. Sondagem BD2 ..................................................................................................................................... 33

2.8.3.3. Análise de valores a utilizar ................................................................................................................ 34

2.9. SUPORTES ................................................................................................................................................... 35

2.9.1. SUPORTES PRIMÁRIOS................................................................................................................................ 35

2.9.1.1. Pregagens ............................................................................................................................................. 36

2.9.1.2. Betão projectado ................................................................................................................................... 37

2.9.2. SUPORTE DEFINITIVO .................................................................................................................................. 37

2.10. ESTABILIDADE LOCAL ............................................................................................................................ 37

2.10.1. PROGRAMA UNWEDGE ............................................................................................................................. 37

2.10.1.1. Caracterização das cunhas .............................................................................................................. 37

2.10.1.2. Caracterização dos elementos de suporte ..................................................................................... 41

2.11. ESTABILIDADE GLOBAL ......................................................................................................................... 43

2.11.1. PROGRAMA PHASE2 ................................................................................................................................. 44

2.11.1.1. Modelo representativo ....................................................................................................................... 44

2.11.1.2. Resultados ........................................................................................................................................... 50

3. ANÁLISE ESTRUTURAL ............................................................................................... 57


ix

3.1. ELEMENTO DE CÁLCULO .......................................................................................................................... 57

3.2. PROPRIEDADE DOS MATERIAIS .............................................................................................................. 59

3.3. MODELIZAÇÃO DA ESTRUTURA .............................................................................................................. 59

3.3.1. GERAÇÃO DO MODELO ............................................................................................................................... 59

3.3.1.1. Caracterização transversal ................................................................................................................. 59

3.3.1.2. Caracterização longitudinal................................................................................................................. 61

3.3.2. FUNCIONAMENTO ESTRUTURAL ................................................................................................................. 61

3.3.2.1. Concepção geral .................................................................................................................................. 61

3.4. DESCRIÇÃO DO ELEMENTO DE SUPORTE ............................................................................................. 63

3.4.1. MOLAS ........................................................................................................................................................ 63

3.5. DESCRIÇÃO DAS ACÇÕES ........................................................................................................................ 67

3.5.1. PESO PRÓPRIO ........................................................................................................................................... 67

3.5.2. RETRACÇÃO E FLUÊNCIA ............................................................................................................................ 68

3.5.3. PONTE ROLANTE ......................................................................................................................................... 69

3.6. CÁLCULOS EFECTUADOS ........................................................................................................................ 71

3.6.1. PESO PRÓPRIO ........................................................................................................................................... 71

3.6.2. DESLOCAMENTOS INDUZIDOS PELA ESCAVAÇÃO DO MACIÇO ................................................................... 74

3.6.3. PESO PRÓPRIO E DESLOCAMENTO DO MACIÇO ......................................................................................... 78

3.6.4. FLUÊNCIA E RETRACÇÃO ............................................................................................................................ 79

3.6.5. PESO PRÓPRIO, DESLOCAMENTO E FLUÊNCIA E RETRACÇÃO ................................................................... 80

3.6.6. DEFINIÇÃO DAS COMBINAÇÕES MAIS GRAVOSAS E DIMENSIONAMENTO ................................................... 84

3.6.6.1. Definição das combinações mais gravosas ..................................................................................... 84

3.6.6.2. Determinação da armadura ................................................................................................................ 85

3.6.6.3. Verificação ao esforço transverso...................................................................................................... 87

3.6.7. ANÁLISE GLOBAL ........................................................................................................................................ 88

3.7. VERIFICAÇÕES COMPLEMENTARES ....................................................................................................... 88

3.7.1. DESCRIÇÃO DAS ACÇÕES A UTILIZAR ......................................................................................................... 88

3.7.1.1. Ponte rolante ......................................................................................................................................... 88

3.7.1.2. Injecção de calda .................................................................................................................................. 89

3.7.2. ANÁLISE DE RESULTADOS .......................................................................................................................... 90

3.7.1.1. Ponte rolante ......................................................................................................................................... 90

3.7.1.2. Injecção de calda .................................................................................................................................. 93

3.7.3. VERIFICAÇÕES DOS ESFORÇOS ................................................................................................................. 95


x

4. CONSIDERAÇÕES FINAIS ................................................................................. 97

BIBLIOGRAFIA


xi

ÍNDICE DE FIGURAS

Fig. 1.1 – Planta da bacia do Douro ........................................................................................................ 4

Fig. 1.2 – Localização da barragem do Picote ........................................................................................ 5

Fig. 1.3 – Circuito hidráulico 4 ................................................................................................................. 6

Fig. 1.4 – Corte transversal da Central II ................................................................................................ 7

Fig. 1.5 – Corte longitudinal da Central II ................................................................................................ 7

Fig. 1.6 – Planta geral do reforço de potência do circuito hidráulico ...................................................... 9

Fig. 2.1 – Descontinuidades ................................................................................................................. 12

Fig. 2.2 – Caverna elíptica .................................................................................................................... 12

Fig. 2.3 – Isolinhas de resistência/tensão; Deslocamentos .................................................................. 13

Fig. 2.4 – Caverna em forma de ferradura ............................................................................................ 14


Fig. 2.6 – Caverna em forma de cogumelo ........................................................................................... 15


Fig. 2.8 – Jumbo hidráulico ................................................................................................................... 16

Fig. 2.9 – Método NATM ....................................................................................................................... 18

Fig. 2.10 – Ilustração da escavação por galeria central e de bancada ................................................ 18

Fig. 2.11 – Posições das galerias de escavação .................................................................................. 19

Fig. 2.12 – Extracto da carta geológica nacional .................................................................................. 22

Fig. 2.13 – Ensaio Lugeon .................................................................................................................... 24

Fig. 2.14 – Dilatómetro BHD ................................................................................................................. 26

Fig. 2.15 – Defórmetro tridimensional (STT) ......................................................................................... 27

Fig. 2.16 – Pregagem tipo “grouted dowel” ........................................................................................... 36

Fig. 2.17 – Formação de cunhas para a combinação 1 ........................................................................ 38



Fig. 2.20 – Suporte aplicado caso 1 ...................................................................................................... 41



Fig. 2.23 – Vectores de deslocamento do maciço rochoso .................................................................. 51

Fig. 2.24 – Deslocamentos horizontais e verticais ................................................................................ 51


xii

Fig. 2.25 – Resultante e posição dos deslocamentos máximos da central .......................................... 52

Fig. 2.26 – Deformada do maciço da central do Picote ........................................................................ 52

Fig. 2.27 – Tensões máximas principais no fim da escavação ............................................................. 54

Fig. 2.28 – Tensões mínimas principais no fim da escavação .............................................................. 54

Fig. 2.29 – Zona de rotura da fase 6 ..................................................................................................... 55

Fig. 2.30 – Zona de rotura da fase 9 ..................................................................................................... 55

Fig. 2.31 – Zona de rotura final e respectivas pregagens ..................................................................... 56

Fig. 3.1 – Descrição da malha adoptada no arco .................................................................................. 57

Fig. 3.2 – Pormenor dos pontos críticos presentes no modelo adoptado ............................................. 58

Fig. 3.3 – Exemplo de tensões normais no arco de betão .................................................................... 58

Fig. 3.4 – Geometria adoptada para o arco de betão ........................................................................... 59

Fig. 3.5 – Efeito da escavação do maciço rochoso no modelo adoptado ............................................. 62

Fig. 3.6 – Exemplo da aplicação das molas em toda a estrutura ......................................................... 63

Fig. 3.7 – Exemplo esquemático de compressão nas molas ................................................................ 65

Fig. 3.8 – Molas de K(horizontal) nulo e K(horizontal) máximo ............................................................ 67

Fig. 3.9 – Efeito da acção do peso próprio no arco de betão................................................................ 68

Fig. 3.10 – Posição da aplicação da ponte rolante ............................................................................... 70

Fig. 3.11 – Posição da carga em um só apoio do arco de betão .......................................................... 70

Fig. 3.12 – Deslocamentos verificados para a acção do peso próprio ................................................. 71

Fig. 3.13 – Tensões principais para a acção do peso próprio .............................................................. 72

Fig. 3.14 – Variações de tensões em espessura no arco ..................................................................... 73

Fig. 3.15 – Valor adoptado e verificado para o ponto anguloso ............................................................ 73

Fig. 3.16 – Posição das secções em estudo ......................................................................................... 74

Fig. 3.17 – Deslocamentos impostos pelo maciço ................................................................................ 75

Fig. 3.18 – Tensoes principais para a acção de deslocamento do maciço ........................................... 76

Fig. 3.19 – Variação da tensão na espessura do arco .......................................................................... 76

Fig. 3.20 – Valor adoptado para o ponto anguloso ............................................................................... 77

Fig. 3.21 – Localização das secções no arco de betão ........................................................................ 77

Fig. 3.22 – Acção do peso próprio com os deslocamentos................................................................... 78

Fig. 3.23 – Efeito da retracção e fluência isoladamente ....................................................................... 79

Fig. 3.24 – Efeito das 3 acções em simultâneo ..................................................................................... 80

Fig. 3.25 – Efeito das 3 acções em simultâneo para a desactivação das molas .................................. 81


xiii

Fig. 3.26 – Deslocamentos para a simulação da desactivação dos molas .......................................... 81

Fig. 3.27 – Efeito da acção da temperatura a 40ºC .............................................................................. 82

Fig. 3.28 – Variação de tensões em espessura e ponto anguloso ....................................................... 83

Fig. 3.29 – Esforços provenientes dos 2 tipos de apoio da ponte rolante ............................................ 89

Fig. 3.30 – Tensões para 1/5 da deformabilidade máxima do maciço ................................................. 89

Fig. 3.31 – Tensões e deslocamentos para a injecção de calda .......................................................... 90

Fig. 3.32 – Tensões no arco para o efeito da ponte rolante de um lado .............................................. 91

Fig. 3.33 – Deslocamentos para uma rigidez de 1/5 do normal no apoio direito .................................. 92

Fig. 3.34 – Tensões principais para 1/5 da rigidez máxima .................................................................. 92

Fig. 3.35 – Deslocamentos obtidos para as diversas posições da acção ............................................ 93

Fig. 3.36 – Tensoes resultantes da deficiente injecção de calda ......................................................... 94


xiv


xv

ÍNDICE DE QUADROS

Quadro 1.1 – Características principais do aproveitamento hidroeléctrico ............................................ 8

Quadro 2.1 – Faseamento construtivo .................................................................................................. 19

Quadro 2.2 – Ensaios de permeabilidade ............................................................................................. 25

Quadro 2.3 – Profundidade dos ensaios ............................................................................................... 27

Quadro 2.4 – Graus de alteração do maciço rochoso .......................................................................... 29

Quadro 2.5 – Graus de fracturação do maciço rochoso ....................................................................... 30

Quadro 2.6 – Classificação dos maciços com base no RQD ............................................................... 30

Quadro 2.7 – Cálculo do módulo de deformabilidade ........................................................................... 32

Quadro 2.8 – Cálculo do módulo de deformabilidade ........................................................................... 32

Quadro 2.9 – Resultados do sistema GSI ............................................................................................. 33

Quadro 2.10 – Cálculo do módulo de deformabilidade ......................................................................... 33

Quadro 2.11 – Cálculo do módulo de deformabilidade ......................................................................... 33

Quadro 2.12 – Resultados do sistema GSI ........................................................................................... 34

Quadro 2.13 – Estimativa do módulo de deformabilidade .................................................................... 34

Quadro 2.14 – Resultados do critério Mohr-Coulomb e Hoek e Brown ................................................ 35

Quadro 2.15 – Faseamento construtivo ................................................................................................ 44

Quadro 3.1 – Avanço da criação do arco em estudo ............................................................................ 60

Quadro 3.2 – Rigidez do maciço na vertical e horizontal ...................................................................... 64

Quadro 3.3 – Deslocamentos adoptados para o arco .......................................................................... 66

Quadro 3.4 – Tensões nos pontos definidos (kPa) ............................................................................... 74





Quadro 3.9 – Quadro resumo das tensões normais nas secções em estudo (kPa) ............................ 84

Quadro 3.10 – Valores das tensões (kPa) ............................................................................................ 85

Quadro 3.11 – Quadro resumos das tensões tangenciais nas secções em estudo (kPa) ................... 85

Quadro 3.12 – Esforços axiais e momentos flectores........................................................................... 86

Quadro 3.13 – Quantidade de aço necessário ..................................................................................... 86


xvi

Quadro 3.14 – Armadura adoptada e armadura de distribuição ........................................................... 87

Quadro 3.15 – Valor do esforço de corte presente nas secções (kN) .................................................. 87

Quadro 3.16 – Quadro da resistência transversal nas 4 secções ........................................................ 88

Quadro 3.17 – Tensões verificadas nas secções definidas .................................................................. 91

Quadro 3.18 – Tensões verificadas para a acção em estudo ............................................................... 93

Quadro 3.19 – Tensões para as 3 simulações em estudo .................................................................... 94


xvii

SÍMBOLOS E ABREVIATURAS

Para clareza da exposição, far-se-á no texto a descrição de cada notação ou símbolo aquando da sua primeira utilização.


xviii


xix


xx


1

1 INTRODUÇÃO

1.1. PREAMBULO

As obras subterrâneas têm adquirido uma importância crescente no planeamento e gestão dos espaços, tanto em áreas urbanas como em áreas rurais, no meio urbano principalmente pela sua aplicabilidade em vias de comunicação, e no meio rural, quer pelo atravessamento de zonas montanhosas quer na aplicação em aproveitamentos hidroeléctricos.

Assim, nos últimos anos assistiu-se a um desenvolvimento considerável no campo da engenharia de obras subterrâneas.

Com o aumento da sua aplicação este ramo da engenharia seguiu um rumo próprio e fomentou técnicas específicas. Actualmente a complexidade deste tipo de obras evidencia-se pela quantidade e actividades que decorrem da sua aplicação, envolvendo etapas como a sua concepção, prospecção, projecto, execução, fiscalização e assessoria técnica. Envolve igualmente bastantes actividades acessórias particulares, como é o caso dos sistemas de ventilação, drenagem e impermeabilização, iluminação, sistemas de distribuição de energia eléctrica, água, etc. Actualmente novas áreas de actividade têm sido desenvolvidas, principalmente no que se refere ao estudo de impactos ambientais, como os causados pela fase de construção, a deposição definitiva dos escombros da escavação e dos controlos de ruídos, vibrações entre outros presentes na concepção das obras.

É assim bastante amplo o campo de aplicação destas obras que possuem particularidades específicas associadas com o fim a que se destinam e com as condições naturais existentes no local de construção.

O caso de estudo do presente trabalho diz respeito à caverna subterrânea que albergará a nova central hidroeléctrica de Picote, no tramo internacional do rio Douro, que está, presentemente, em fase de construção.

Para o caso da exploração do Picote, verifica-se a presença de uma albufeira de baixa capacidade útil e apresenta um reduzido nível de dimensionamento, com apenas 1.1 vezes o módulo do rio, o que origina a ocorrência de descargas significavas em períodos húmidos, em consequência de afluências superiores aos volumes máximos turbináveis.

A verificação deste baixo aproveitamento, implicou a criação de um novo circuito hidráulico de forma a proceder a um reforço de potência do aproveitamento, criando assim uma maior eficácia nos volumes turbináveis.

Análise do comportamento de uma estruturas em abóbada de betão armado de revestimento de uma caverna subterrânea __

2

1.2. MOTIVAÇÃO E OBJECTIVOS DO PRESENTE TRABALHO

A concepção, dimensionamento e construção de obras subterrâneas pressupõem uma ligação, cada vez mais estreita entre os conhecimentos específicos das áreas de geotecnia e de estruturas.

De um modo bastante geral, verifica-se que os conhecimentos considerados no domínio da caracterização de maciços rochosos, e dos processos construtivos de obras subterrâneas (escavação e aplicação de elementos de suporte/contenção, provisórios e definitivos), permitem a sua inclusão em modelos estruturais com capacidade para simularem, quer o comportamento estrutural do maciço rochoso durante a fase de execução das obras, quer o comportamento dos elementos de suporte aplicados em fase de construção, quer ainda o comportamento final do conjunto formado pelo maciço rochoso e as estruturas que compõem a obra subterrânea em causa.

Procurando o desenvolvimento de um trabalho desta natureza, surgiu como desafio para esta tese dar seguimento ao trabalho efectuado pelo colega Tiago Palas intitulado “Projecto geotécnico das obras da caverna da central do reforço de potência de Picote” e apresentado em Julho de 2008, desenvolvendo-se agora a parte relativa à análise estrutural da abóbada de revestimento da zona superior da caverna da nova central hidroeléctrica de Picote II.

A descrição desta obra é apresentada no ponto 1.4.


3

1.3. DESCRIÇÃO DOS CONTEÚDOS DOS CAPÍTULOS

Este trabalho, para além do presente capítulo introdutório onde se apresentam os principais aspectos desenvolvidos ao longo da tese, contem mais 3 capítulos.

No capitulo2 é apresentado o estudo geotécnico do maciço onde se insere a obra, as análises geológicas e geomecânicas, o estudo da orientação e das possíveis formas a adoptar para a realização da central, entre as quais se encontra a forma adoptada, dos métodos de escavação e avanço das centrais hidroeléctricas, tendo-se seleccionado o método a aplicar e respectivo faseamento construtivo que como se verificará é bastante condicionante na verificação à estabilidade da obra. Procede-se posteriormente à descrição do estudo efectuado para a determinação das características e classificação do maciço rochoso, bem como para a verificação da estabilidade local e global da estrutura. Efectua-se também a descrição do modelo utilizado para simular o faseamento construtivo e dos correspondentes resultados em termos de tensões no maciço e nos elementos de suporte utilizados. Assinala-se que todos estes elementos foram obtidos a partir da tese referida no capítulo anterior. Também foi deste estudo que resultaram acções provenientes do maciço em estudo, que se utilizaram na verificação da estabilidade ou como elementos condicionantes do dimensionamento efectuado no capítulo seguinte.

No capítulo 3 é efectuada a análise estrutural da abóbada da nova central hidroeléctrica do Picote. O dimensionamento foi efectuado para as acções que derivam dos deslocamentos provenientes da escavação do maciço rochoso, para acções intrínsecas da estrutura, como é o caso da presença do peso próprio e para acções que derivam da vida útil da estrutura, como é o caso da retracção e da fluência e para esforços provenientes de acções esporádicas provenientes da degradação pontual da rigidez do maciço rochoso, ou como a má colocação das caldas de injecção que estabelecem a ligação entre o elemento em betão e o maciço rochoso. Procura-se assim efectuar a análise de um conjunto alargado de acções para uma verificação adequada do comportamento estrutural da abóbada.

No capítulo 4 efectua-se uma análise conclusiva a todo o trabalho efectuado, e aos resultados obtidos.

Análise do com

4

1.4. DES

1.4.1. LOC

A central hihidroeléctrilocalizada nPortugal pel

mportamento de

SCRIÇÃO DA

CALIZAÇÃO E G

idroeléctricaco do Picotno troço intelo convénio

e uma estruturas

A OBRA

GEOMORFOLO

a à qual se rete, que perternacional dLuso-Espanh

Figu

s em abóbada d

OGIA

efere o estudotence à casc

do Rio Dourhol de 1927,

ura 1.1 _ Plant

de betão armad

o apresentadcata dos esro, cujo apro e situado no

ta da bacia do

do de revestime

do nesta tese,calões de Moveitamento o distrito de B

o Rio Douro

nto de uma cav

, integra-se nMiranda, Pic

hidroeléctricBragança.

verna subterrâne

no aproveitamcote e Bemco foi atribu

ea __

mento mposta,

uído a

____

Sendodas calbufassocbastaactua

1.4.2

Para rserá d

Este ca cercágua diâmecircuidiâmeda ba

Análise do com

o estas 3 barcorrespondenfeira com umciado ao refoante significaalmente em c

. CARACTER

reforço de podesignado po

circuito consca de 120 mexistente, seetro interior ito prosseguetro interno.

arragem.

mportamento de

rragens localntes albufeirama capacidadorço de potênativas de desccurso.

RÍSTICAS GER

otência no cior Circuito H

siste numa tom do encontreguindo-se-lh

de 10.70 mue com uma

A restituiçã

uma estrutura e

Figura 1.2 _ L

lizadas num as. Com 100e útil de 13.3

ncia já efectucargas em pe

RAIS

ircuito hidráuHidráulico 4 (

omada de ágro da barragehe uma galer

m, sendo os galeria de r

o ao rio é efe

em abóbada de

Localização da

vale muito e0 m de altura3hm3. O valo

uado na centreríodos húm

ulico de Pico(EDP - Direc

gua, estruturaem. A tomadria em cargaúltimos 40 mrestituição c

fectuada com

e betão armado

a barragem do

estreito, daí ra a barragemor reduzido dral de Mirandidos, o que j

ote, procede-cção de Proje

a do tipo gravda de água la com cerca m da galeria

com cerca dem um bocal im

de revestimento

o Picote

resulta uma dde Picote d

do caudal turda, a montanustifica a co

-se a criação ectos e Inves

vidade, localocaliza-se a de 300 m de

a blindados. e 150 m de mplantado a c

to de uma caver

diminuta capdo tipo abóbarbinado na a

nte, originamonstrução da

de um novostimentos).

lizada na mamontante d

e comprimenA jusante dextensão e

cerca de 120

rna subterrânea

5

pacidade útilada tem umaactual central

m ocorrênciasnova central

circuito que

argem direitaa tomada dento, com umda central, o11.30 m de

0 m a jusante

a

5

l a l s l

e

a e

m o e e

Análise do com

6

1.4.2.1. CEN

A central hdesignada pde 85 m, eqpara turbinaum alternad

A Central Inuma caveraltura varia volumetria mantendo e

Para alojar nomeadame

o Piso

o Piso

o Piso

Importa refdesnecessár

As galeriascurvatura eprevisto par

mportamento de

NTRAL HIDROE

hidroeléctricpor Central IIquipada com ar 400 m3/s, udor com uma

I a construirrna subterrânentre os 58 foi fixada dspaço para a

os equipamente:

o principal, a

o do alternad

o da turbina,

ferir que serio proceder

de acesso àe o declive ra o transport

e uma estruturas

ELÉCTRICA

ca que será I, orientada qum único gr

uma potênciaa potência apa

r no âmbito dnea com 68 m na zona d

de forma a pa colocação d

mentos auxi

anteriorment

dor, à cota 38

às cotas 382

e verifica a à sua extensa

às cavernas foram fixadte da roda do

s em abóbada d

Figura 1.3 _

alvo do esquase perpenrupo geradora nominal noarente nomin

do reforço dm de comp

do grupo e ospermitir a insdo mesmo.

liares, na c

e referido, à

87.30

2.80 e 383.88

presença dea enumeraçã

da central edos tendo emo grupo e do

de betão armad

Circuito hidrá

studo desta ndicularmentr, constituídoo veio de 241nal de 265 M

de potência dprimento e 2s 26 m na zostalação de u

central em e

cota 392.30

8

e mais pisoão.

e do transform consideratransformad

do de revestime

ulico 4

tese, consiste à central eo por uma tu1 MW para u

MVA.

do aproveitam3 m de larg

ona do átrio um grupo, t

estudo, criar

os presentes

rmador, a seção as exig

dor.

nto de uma cav

te numa ceexistente e afurbina Franciuma queda út

mento hidroeura entre osde descarga odo o equip

ram-se vário

na central

ecção transvências impo

verna subterrâne

entral subterfastada destais com capactil de 66.8 m

eléctrico, inss hasteais, e e montagem

pamento aux

os pisos téc

contudo tor

versal, os raiostas pelo v

ea __

rrânea, a cerca cidade

m e por

ere-se a sua

m. Esta iliar e

cnicos,

rna-se

ios de eículo

____

Para rolande 60

Análise do com

se procedernte disposta a00 ton.

mportamento de

r ao transpora 14 m acima

uma estrutura e

rte dos equia da cota do

Figura 1.4

Figura 1.5 _

em abóbada de

ipamentos nao piso princip

_ Corte trans

_ Corte longit

e betão armado

a central hidpal, à cota 40

versal da Cen

udinal da Cen

de revestimento

droeléctrica, 06.30, com u

ntra II

ntral II

to de uma caver

foi previstauma capacid

rna subterrânea

7

a uma pontedade nominal

a

7

e l


8

1.4.2.2. CARACTERÍSTICAS DO REFORÇO DE POTÊNCIA

Apresenta-se no quadro abaixo as principais características associadas aos circuitos hidráulicos e central existente e ao reforço de potência em curso (circuito hidráulico 4 e central II).

Quadro 1.1 _ Características principais do aproveitamento Hidroeléctrico

CIR

CU

ITO

S H

IDR

ÁU

LIC

OS

1, 2 e 3

Cota da Soleira da Tomada de Água 440 m

Comprimento Médio das Condutas Forçadas 100,0 m

Secção Corrente (Circular Ф = 5,5 m) 23,8 m2

4

Cota da Soleira da Tomada de Água 441 m

Comprimento da Galeria em Carga 300,0 m


Comprimento da Galeria de Restituição 150,0 m


CE

NT

RA

IS

I

Número de Grupos 3

Potência Aparente Nominal 3 x 72 MVA 216 MVA

Potência Activa Nominal 3 x 65 MW 195 MW

Tensão de Produção 15 kV

Queda Bruta Máxima 70,0 m

Caudal Máximo 3 x 115 m3 / s 345 m3 / s

Produção Anual Média 783 GWh

II

Número de Grupos 1

Potência Aparente Nominal 265 MVA

Potência Activa Nominal 238,5 MW

Tensão de Produção 18,0 kV

Queda Bruta Máxima 69,2 m

Caudal Nominal 400 m3 / s

Produção Anual Média 239 GWh

PO

ST

O

DE

T

RA

NS

.

Central I 3 x (3x25) MVA 225 MVA

Central II 1 x 270 MVA 270 MVA

____

Na pcorrecircui

Análise do com

planta da figspondentes aito hidráulico

mportamento de

gura 1.6 repao reforço do.

Figura 1.6

uma estrutura e

presenta-se e potência, v

_ Planta gera

em abóbada de

a azul o apverificando-s

al do reforço d

e betão armado

proveitamentse, como ser

e potência do

de revestimento

to existente ria natural a

circuito hidráu

to de uma caver

e a magenmaior exten

ulico.

rna subterrânea

9

nta as obrasnsão do novo

a

9

s o


10


11

2 ANÁLISE GEOTÉCNICA

2.1. OBRAS SUBTERRÂNEAS

A realização de obras subterrâneas, neste caso de cavernas para a instalação de uma central hidroeléctrica, envolve diversos factores e riscos, pelo que o planeamento cuidadoso da execução da obra se torna fundamental.

Assim e conjuntamente com a determinação de todos os parâmetros geológicos/geotécnicos e de todos os parâmetros estruturais dos elementos de suporte, é fundamental determinar a posição das descontinuidades, em orientação e em inclinação, e estudar a forma e orientação da central, que interagem directamente com as tensões “in situ”, e a capacidade e sequência da instalação do sistema de suporte.

Uma análise prévia e cuidada aos elementos anteriormente descritos origina muito provavelmente uma obra de cariz técnico e económico bastante aceitável.

2.1.1. ORIENTAÇÃO

A presença de descontinuidades influencia directamente a orientação da central. Contudo nalguns casos a alteração da orientação é impossibilitada devido a diversos tipos de imposições pelo que, nestes casos é importante verificar um especial cuidado no dimensionamento dos elementos de suporte.

A intersecção de várias descontinuidades presentes no maciço rochoso pode originar a instabilidade de cunhas, provocando por vezes a alteração da orientação da caverna da central. A orientação óptima é atingida quando se verifica a presença do menor número possível de cunhas instáveis.

Na presença de um maciço bastante instável, a solução mais plausível é alcançada quando se obtém o menor volume instável o que envolve uma análise aprofundada da orientação das descontinuidades, juntamente com a verificação dos elementos de suporte.

Análise do com

12

2.1.2. CAV

As secções sua selecção

Numa análicomo a prese pormenoroutros, tend

Procede-se,característic

2.1.2.1. CA

Geometricauma abóbad

mportamento de

Figura

VERNAS

transversais o normalmen

ise mais aprsença das tenrizadas), a prdo todos estes

de seguidca da central

AVERNA ELÍPT

amente a cavda circular, in

e uma estruturas

2.1 _ Descon

das centrais nte muito com

rofundada, vnsões “in situresença ou nes condiciona

da, a uma .

TICA

verna elípticanterligando-s

s em abóbada d

tinuidades: de

hidroeléctricmplexa e de

verifica-se quu”, as formasecessidade d

alismos influê

análise des

a caracteriza-se de forma a

Figura 2.2 _

de betão armad

esfavorável (e

cas apresentadifícil opção

ue a cada tis da escavaçãde adoptar poência na defi

stes princip

-se por utiliza criar uma c

_ Caverna elí

do de revestime

squerda), favo

am normalmo.

po estão assão (que podeontes rolanteinição da for

pais condici

zar hasteais ccaverna sem

ptica

nto de uma cav

orável (direita)

mente 3 forma

sociados asperão ter de sees, o faseamerma da cavern

onalismos p

com uma pepontos angu

verna subterrâne

)

as tipo, torna

pectos especíer mais cuidaento construtrna a adoptar

para cada

equena curvaulosos.

ea __

ando a

íficos, adosas tivo, e .

forma

atura e

Análise do com

lução utilizade vantagemço, pela esca

ocamentos e/o

Figu

fica-se na figo de toda a cores valores q

o factores uldade, deviação de umado, transformragens ao ma

2.2. CAVERN

verna em forando a forma

mportamento de

ando cavernam quando comavação, seremou esforços a

ura 2.3 _ Isolin

gura 2.3 quecentral, origique os verifi

mais desfaido a necessa ponte rola

ma esta soluçaciço para se

NA EM FORMA

rma de ferrada arqueada pa

uma estrutura e

as elípticas pmparada comm suavizadasaplicados à e

nhas de resistê

e existe uma nada pela focados nas ou

voráveis vesidade de cr

ante, comumção plausívelegurar uma v

DE FERRADUR

dura é geomeara passarem

em abóbada de

para a realizm as outras 2s pela sua foestrutura.

ência/tensão

isolinha de orma desta eutras formas.

erifica-se quriar no mac

m neste tipo l numa esco

viga de camin

RA

etricamente im a ser vertica

e betão armado

zação de cen2 opções, o frma curva, o

(esquerda); D

resistência/tque os deslo

ue o proceciço rochosode obras, de

olha difícil. Anho de rolam

idêntica à anais.

de revestimento

trais hidroelfacto de as teo que se tradu

eslocamentos

tensão tendeocamentos e

sso construo um arqueae forma a mA sua instala

mento para a m

nterior, apena

to de uma caver

léctricas apreensões desen

duz numa dim

s (direito) [1]

encialmente ce/ou esforços

utivo apreseamento dos

movimentar eação passariamovimentaçã

as diferindo n

rna subterrânea

13

esenta comonvolvidas nominuição dos

constante aos apresentam

enta algumahasteais. A

equipamentoa por aplicarão da ponte.

nos hasteais,

a

3

o o s

o m

a A o r

,

mportamento de

ua forma bahança é verifhasteais. As

or, diferindo

Figura 2.5 _

presença dosescavação m

da central ananterior. Ouapoio a uma utar que a a

e uma estruturas

Figur

astante idêntificada, embos isolinhas de

apenas a m

_ Isolinhas de

s hasteais vemais fácil deterior, continutra alternatviga superio

anterior, apr

s em abóbada d

ra 2.4 _ Caver

ica à cavernara de uma foe resistência/

meia altura, o

e resistência/te

erticais aprese executar e nua-se a vertiva consisteor onde circuresenta uma

de betão armad

rna em forma

a elíptica é orma mais de/tensão apres

onde se verif

ensão (esquer

senta uma mde controla

rificar nesta e na construula a ponte ro

desvantagem

do de revestime

de ferradura

expectável uesfavorável esentam uma fica um agra

rda); Deslocam

maior vantagear. A colocaç

solução, podução de pilolante. Esta sm indirecta,

nto de uma cav

uma semelhae mais gravoconfiguraçãovamento dos

mentos (direita

em no faseamção da pontedendo ser efares devidamsolução embo

pois retira

verna subterrâne

ança dos esfosa principalo semelhantes deslocamen

a) [1]

mento constre rolante, o fectuada de

amente espaçora mais plaespaço inte

ea __

forços. mente e à do ntos e

rutivo, maior forma çados,

ausível erior a

Análise do com

2.3. CAVERN

contrário dascteriza-se pelas tensões de

opção desta fões no maciçorna, que se tro só é conslemáticas.

Figu

cto de se verrna, não torn

mportamento de

NA EM FORMA

s soluções anla presença esenvolvidas

forma para ao rochoso, vraduz num auseguido com

ura 2.7 _ Isolin

rificar a exisa condiciona

uma estrutura e

DE COGUMEL

nteriormentede pontos a

s no maciço.

Figura 2.6 _

as centrais hierificando-seumento dos d

m a aplicaçã

nhas de resistê

tência de umante a geome

em abóbada de

LO

e descritas aangulosos, ob

_ Caverna em

idroeléctricase um acréscideslocamentão cuidadosa

ência/tensão

m elevado esetria de supor

e betão armado

utilização dbrigando à n

forma de cog

s origina umamo bastante tos e/ou esfoa de pregag

(esquerda); D

sforço e/ou drtes, desde q

de revestimento

de cavernas necessidade

umelo

a variação designificativorços que aí a

gens que co

eslocamentos

deslocamentoue todas as e

to de uma caver

em forma dde um espe

esfavorável do na zona doactuam. O coontrolam as

s (direita) [1]

o em todo o estruturas, co

rna subterrânea

15

de cogumelocial cuidado

do efeito dass hasteais daontrolo deste

zonas mais

contorno daomo todas as

a

5

o o

s a e s

a s

Análise do com

16

pregagens dcentral.

Nesta soluçabóbada emarco e a esc

Em relaçãobetão antericentral.

2.2. MÉT

A necessidaaprofundadoque não surj

Uma adequprocessos d

2.2.1. MÉT

A selecçãohidroeléctrifaseamento

Tendo a ceesta forma d

Etapa 1 – Pe

A perfuraçãexemplo o comprimentque permitemeio.

mportamento de

da central e

ção o faseamm betão do te

avação, obté

à instalaçãoiormente exe

TODOS DE E

ade da constro quanto po

rjam situaçõe

uada caracterde construção

TODO DRILL &

o deste métcas prende-sconstrutivo,

entral hidroelde escavação

erfuração e t

ão do maciçjumbo hidráto. A adopçãe uma maior

e uma estruturas

o arco em b

mento constrecto da caverém-se um mo

o da ponte recutado serv

ESCAVAÇÃO

rução de obrssível, das c

es imprevista

rização geotéo mais econó

& BLAST

todo para ase principalm, que dificilm

léctrica adopo que pode re

topografia

ço rochoso áulico, ondeão do jumbo r rapidez e e

s em abóbada d

etão realizad

rutivo é bastrna devido àodelo menos

rolante, verifve de apoio e

ras subterrânecaracterísticaas.

écnica dos mmicos e segu

a realizaçãomente com a mente seria po

ptada uma foesumir-se de

pode ser efe se procede hidráulico é

eficiência de

Figura 2.8 _

de betão armad

do na abóbad

tante compleà sua geomet

complexo e

fica-se que eeficaz à pon

eas de grandas geológicas

maciços rochuros.

o da escavanecessidadeossível com

orma bastanuma forma m

fectuada recoa aberturasbastante útilescavação,

_ Jumbo hidrá

do de revestime

da, verifique

exo, principatria e volumede mais fáci

esta forma dnte não obstr

des dimensões e mecânica

hosos habilita

ação em m de conferir a aplicação d

te peculiar, muito sinteti

orrendo a ms de furos col, sendo comque não seri

áulico

nto de uma cav

em e garanta

almente no qe. Conjugandil execução.

a central é auindo nem r

es exige um cas dos maciç

a os respons

maciços rochà central umde outro mét

torna-se necizada em 3 et

meios mecaniom aproxima

mposto por bria possível r

verna subterrâne

am a seguran

que diz respdo a execuçã

a ideal. O arretirando esp

conhecimentços rochosos

sáveis a defi

hosos de cema geometriatodo.

cessário recotapas.

nizados, commadamente 3 raços mecânirecorrendo a

ea __

nça da

peito à ão dos

rco de paço a

to, tão s, para

inir os

entrais a e um

orrer a

mo por m de

icos, o outro


17

A topografia de furação deve ser cuidadosa, de forma a se obter uma maior eficácia no desmonte do maciço, e tornando-se efectivamente mais económica com o aumento da velocidade de escavação. Inicialmente a furação processa-se nos contornos do elemento a escavar e no centro, seguindo-se a furação com corte em “V” no sentido do centro.

Etapa 2 – Detonação

Posteriormente à abertura dos furos, procede-se a colocação de detonadores e explosivos que originam o desmonte do elemento pretendido. A detonação deve ser realizada de uma forma contínua do centro para o contorno do elemento a retirar, tornando-se assim mais eficaz.

Nesta fase deveremos ter especial cuidado com a ventilação e com a presença de operários no local do desmonte. O cuidado deve principalmente visar o facto de se poder verificar a projecção de partículas, bem como a grande quantidade de poeiras originadas pela detonação, sendo essencial uma eficaz ventilação durante esta etapa.

Etapa 3 – Limpeza

A retirada dos escombros originados pela escavação, é outra etapa bastante importante, utilizando-se transportes de despejo para retirar todos os elementos que derivam da detonação dos explosivos. É ainda realizado o corte e a remoção de todos os pequenos elementos instáveis que se encontram no contorno da central, dando assim uma forma uniforme, segura e de conforto visual à obra.

2.2.2. MÉTODO NATM

Este método não se caracteriza, ao contrário do anterior, pela forma como avança ou se desenvolve a escavação, mas sim pela elevada eficácia que a forma de sustimento concentra no maciço, proporcionando assim uma maior liberdade nos métodos de escavação.

O escoramento neste método caracteriza-se pela aplicação de pregagens contra o maciço rochoso e a projecção de uma camada de betão imediatamente após a fase de avanço. Este escoramento aumenta notavelmente a resistência do maciço, enfraquecido pelo alívio de tensões devido à escavação, proporcionando um aumento de segurança, uma redução de custos e uma maior velocidade de avanço na escavação.

Este método é acompanhado por uma intensa observação dos estados de tensão e dos deslocamentos sofridos pelo maciço. Caso não se verifique a previsão efectuada no projecto, recorre-se à sua correcção imediata mediante os parâmetros observados.

Análise do com

18

Figura 2

2.3. MÉT

Outro dos fmuito a forma velocidade

2.3.1. ESC

Esta forma diâmetro, eaplicada em

2.3.2. ESC

Este métoddesenvolve a parte supe

mportamento de

.9 _ Método N

TODOS DE A

factores de elma e o modoe a que a obr

CAVAÇÃO TOT

de escavaç consiste na

m secções ma

CAVAÇÃO POR

do utiliza-se primeiramen

erior sempre

Figur

e uma estruturas

NATM: a)Esca

AVANÇO

levada imporo como as obra se process

TAL

ção é mais ua escavação aiores.

R GALERIA FRO

mais em onte numa parem avanço e

ra 2.10 _ Ilust

s em abóbada d

vação do mac

d)Mo

rtância a anabras subterrâsa.

usual em obna íntegra d

ONTAL DE BAN

obras subterrte superior dem relação à

ração da esca

de betão armad

ciço; b)Projecç

onitorização;

alisar é o métâneas se dese

bras de pequde toda a fre

NCADA

rrâneas de mda caverna eparte inferio

avação por ga

do de revestime

ção do betão;

todo de avanenvolvem, pr

ueno diâmetente a escava

médias dimee posteriormeor.

aleria frontal e

nto de uma cav

c)Colocação

nço da obra, principalment

tro, normalmar. Contudo

ensões, ondeente na parte

de bancada

verna subterrâne

das pregagen

pois podem te o que influ

mente até 3 pode també

e a escavaçe inferior, an

ea __

ns;

variar uencia

m de ém ser

ção se dando

____

2.3.3

A escobrasdimenmétod

2.4.

Apósabertuassoc

Como

Esca

Análise do com

. ESCAVAÇÃ

cavação de cs de elevadasnsões no intdos para obr

APLICAÇ

s a apresentaura da cent

ciado a uma f

o forma de e

stado do maaverna da ce

mportamento de

ÃO COM GALE

cavernas privs dimensões.terior da obrras de elevad

F

ÇÃO A CENTR

ação anteriortral do Picoforma de esc

explicação m

1ª Fase

ciço inicialmentral.

uma estrutura e

ERIAS

vilegiando o . Este tipo dera subterrâneas dimensõe

Figura 2.11 _ P

RAL DE PICO

r dos métodote. Adoptou

cavação conv

ais detalhada

Quadro

e

ente, na sec

em abóbada de

avanço de gae escavaçõesea, tirando a

es.

Posições das

OTE

os de escavau-se um fasevencional uti

a é apresenta

2.1 _ Faseam

cção da

e betão armado

alerias, é ums consiste naassim algum

galerias de es

ação e avançeamento conlizando o mé

ado de seguid

mento construt

de revestimento

m método nora escavação das vantagens

scavação

ço, analisamnstrutivo usaétodo Drill &

da o faseame

ivo

to de uma caver

rmalmente ude galerias cs em relação

m-se as caracando o mét

& Blast.

ento adoptad

rna subterrânea

19

tilizado paraom menoreso aos outros

cterísticas datodo NATM

o.

a

9

a s s

a M

Análise do com

20

Procedetoda a seguindopregagefim da (escavaçNesta facentral, i

Após o superior pregagede betãfase da nesta fafim da estrutura

InicialmerealizaçãperfuraçEsta eselevada aplicaçãcriando NATM).

mportamento de

3ª

eu-se ao cozona da

o-se a apns (método

escavaçãoção por galease abriu-seinferior.

4ª

término de a aplic

ns, procedeuo, sendo dobra. Anota-se da obra pescavação

as de suporte

2ª

ente a esão de 2 ão horizontascavação fo

dimensão o das reuma malha

e uma estruturas

ª Fase

nsecutivo dabóbada d

plicação deNATM) até o da pareria frontal de também

ª Fase

a escavaçãcação das u-se a execue fácil exec-se a sua fápois a sua reobrigaria a

e das cofrag

ª Fase

scavação cgalerias la

al, utilizandooi realizada

do maciçespectivas

de 1x1 me

s em abóbada d

esmonte deda caverna todas ascompletar ote superior

de bancada)uma galeria

ão da parterespectivas

ução do arcocução nestacil execuçãoealização no

a complexasens.

onsistiu naterais, com

o explosivosa devido àço, com a

pregagensetro (método

de betão armad

e , s o r . a

e s o a o o s

a m .

à a ,

o

do de revestimento de uma cav

verna subterrâneea __

____

Apprdadoanseesm

2.5.

Sempimpla

Verifgeolóprojepoucosignifjustifobra.

Assimnecesindepsociesubte

2.6.

A árpertenporfir

Análise do com

pós a conrocedeu-se aa obra, à esos escombronteriormentee as respectscavação qu.

ANÁLISE

pre existirá antação de um

fica-se mesmógicas imprectos, construo profunda, ficativo paraficáveis. Con

m a análise ssário enfatizpendente do dade e aos s

errâneas.

ANÁLISE

rea de implncentes ao róide, de dua

mportamento de

5ª Fase

strução do ao desmontescavação veos pelas ga. Ao mesmotivas pregag

uando se atin

DE RISCOS

algum grauma obra subt

mo que as evistas nas cução e de ges

no pressupoa a obra e qntudo estes c

de riscos dozar a seguraprojecto e

seres humano

GEOLÓGICA

antação da rio Douro, as micas, tam

uma estrutura e

e

arco de e da parte

ertical, e à ralerias efec

o tempo aplicens, terminangiu a cota

u de incerteterrânea.

principais ccondições dostão da obra.osto de queque os custocustos são in

o projecto e ança nos proj

da construços, é necessá

A DO MACIÇO

nova centraconstituída

mbém denom

em abóbada de

betão, inferior

retirada ctuadas caram-ando a 375,00

za no conh

categorias do maciço, d. Estes tipos e o tempo gos com os ensignificante

da construçojectos de obção e como ário buscar a

O (SONDAGE

al de Picotgeologicame

minado de gra

e betão armado

hecimento ge

e causas dedestacando-se

de erros dergasto na caraestudos de ces quando co

ão de obras bras subterrâ

a engenharexcelência n

ENS)

e localiza-sente por umanito de Pico

de revestimento

eológico e g

e acidentes e depois os ivam frequenacterização dcaracterizaçãomparáveis c

subterrâneaâneas, garantria envolve no projecto e

e num valema zona de ote.

to de uma caver

geotécnico

se devem erros de co

ntemente de do maciço é

ão não são ccom os cust

as é essenciatir um acomriscos ao pae na construç

e de vertentgranito de

rna subterrânea

21

no local de

a condiçõesoncepção deuma análise

é um atrasoconsideradostos finais da

al. Para tal émpanhamento

atrimónio, àção de obras

tes abruptasgrão médio,

a

e

s e e o s a

é o à s

s ,

Análise do com

22

2.6.1. ANÁ

A presente novas prosp

A nova procentral. EmSTT2) e narestantes 18

Analisando disponível egranito comglobalmente

Na análise igrão médio as litologias

o

Este tipo deApresenta-salterado, prvariam entre

mportamento de

ÁLISE DAS SON

análise de ppecções que s

specção conm 4 sondagen

as outras 2 8 sondagens (

globalmente com reconhm cristais de sã a pouco

individual da grosseiro,

s seguidamen

Granito de g

e granito foi se predominrincipalmente os 10% e 1

e uma estruturas

Figura 2

NDAGENS

prospecção gse realizaram

ntemplou 22 ns realizadas

sondagens (F1 a F18) fo

e as sondaghecimentos ede grandes

alterada.

as amostras,granitos rós

nte caracteriz

grão médio a

detectado emantemente p

te associado 100%, com p

s em abóbada d

2.12 _ Extracto

geotécnica cm.

furos de sonpara a futuraforam efectuoram executa

ens partindoefectuados aodimensões e

verifica-se eos, pegmatizadas.

a grosseiro

m todas as spouco alterad

a falhas. Opredomínio a

de betão armad

o da carta geo

contempla a

ndagem, dos a central, emuados ensaioadas com rec

o dos resultao local dos tre pontualme

a presença ditos, granito

sondagens, sedo (W1 e W

O índice de acima dos 80

do de revestime

ológica nacion

anterior aná

quais 9 foram 2 foram exos dilatométcurso a sonda

ados obtidosrabalhos, poente róseo

de granitos dde grão fino

endo a litoloW2), embora

qualidade R0%.

nto de uma cav

al

álise realizad

am direccionaxecutados entricos BHD as rotativas.

s, da informademos conste a presenç

decompostos o e quartzo, im

ogia largamense verifique

R.Q.D. apres

verna subterrâne

da em 1980

nados para a nsaios STT (S

(BD1; BD2

ação bibliogtatar a presença de uma

(W5), granimportando r

ente predomie localmentesenta valore

ea __

0, e as

futura STT1; 2). As

gráfica nça de rocha

tos de realçar

nante. e mais es que


23

o Granitos róseos

Granito de grão médio, de duas micas, de tom rosado. Detectado em várias sondagens, este granito apresenta-se pouco a medianamente alterado (W2 a W3). O índice de qualidade R.Q.D. apresenta valores entre os 50% e os 100%.

o Granitos decompostos

Foram detectados nas zonas superficiais das sondagens F4 a F7. Apresentam-se decompostos (W5) com espessuras a variar os 0,4 m para a sondagem F4 e os 2,0 m para a sondagem F7.

2.6.2. ANÁLISE DAS DESCONTINUIDADES

Em maciços de boa qualidade geotécnica, como são normalmente os da implantação de obras subterrâneas, as descontinuidades tem um papel preponderante no comportamento tenso-deformacional, tornando-se fundamental a sua caracterização.

Partindo de amostras retiradas dos furos pode-se ter uma estimativa de possíveis descontinuidades. Para uma correcta caracterização procede-se à determinação de parâmetros como:

o Orientação

o Continuidade

o Grau de alteração das paredes

o Abertura

o Preenchimento

o Rugosidade

o Resistência à compressão das paredes

o Presença de água

o Espaçamento

Da determinação dos parâmetros acima referidos identificaram-se as descontinuidades mais representativas. De uma forma global poder-se-á afirmar que a sua continuidade será média a elevada, com paredes pouco alteradas e fechadas.

A resistência ao deslizamento, poderá ser subjectivamente estimada pela rugosidade das paredes, verificando-se, embora com uma amostra muito pequena, que as superfícies apresentam-se planas rugosas ou onduladas com estrias. Na estimativa de resistência à compressão das paredes das descontinuidades determinou-se um valor médio de resistência de 33 MPa, tendo como mínimo o valor de 18 MPa e um máximo de 46 MPa.

Constatou-se, ainda, que as paredes das diaclases se encontram genericamente secas.

Análise do com

24

2.7. ANÁ

Referem-se em que se in

2.7.1. ENS

À análise e

O ensaio Ludos cuidadoágua que ensob pressãopermanentepermite traçdo maciço e

A normalizabsorção deuma pressãouma unidadmaciço com

No caso dasendo-se detroços, por o

mportamento de

ÁLISE GEOT

seguidamennsere a caver

SAIOS DE CAR

caracterizaçã

ugeon é baseos tidos duranntra no maciço num certo e. A realizaççar curvas dee à fracturaçã

zação deste e 1 litro por o de 1 MPa.de de Lugeo

mo impermeá

a central de Pe realçar queo 1º troço se

e uma estruturas

ÉCNICA DO M

nte, os principrna em estud

RACTERIZAÇÃO

ão hidráulica

eado em métnte a execuçço rochoso dtrecho de umão deste ense caudal vs pão na vizinha

Figura 2

ensaio, origminuto e po Com a expe

on, é impossável.

Picote e pare na generalid

encontrar à

s em abóbada d

MACIÇO (EN

pais ensaios do.

O HIDRÁULICA

a “in situ” fo

todos empírião dos trabal

durante um dm furo de sosaio com divpressão, obteança do trech

2.13 _ Ensaio

gina a unidaor metro de feriência conssível injectar

ra os ensaiosdade dos fursuperfície do

de betão armad

SAIOS)

efectuados p

A “IN SITU”

oi efectuada c

icos o que orlhos. Este en

determinado tondagem atéversos patamendo-se infoho.

Lugeon (vário

ade Lugeon,furo, para umstata-se que r qualquer c

s realizados ros existe umo maciço.

do de revestime

para a caracte

com base no

rigina uma vnsaio consistetempo. A ág se estabelec

mares de preormação refer

os obturadores

que corresm patamar depara níveis dalda de cim

obtiveram-sema distinção

nto de uma cav

erização geo

ensaio Luge

validade relate na mediçãoua é introduzcer um regimssão, crescenrente ao regi

s)

ponde a ume injecção dede permeabil

mento pelo qu

e vários tipoentre o 1º tr

verna subterrâne

otécnica do m

eon.

tiva, pois deo da quantidazida radialmme de escoamnte e decresime de perco

m valor méde 10 minutolidade inferiue se consid

os de escoamroço e os res

ea __

maciço

pende ade de

mente e mento

scente, olação

dio da s com ores a dera o

mento, stantes


25

Quadro 2.2 _ Ensaios de permeabilidade

Total dos ensaios 96 1º Troço: 10 Restantes: 86

Troço de ensaio

% Troço de ensaio

%

Não atingiu a pressão de ensaio 0 0 2 2

Absorção nula ou muito baixa 6 60 60 70

Reg

ime

de p

erco

laçã

o

Abs

orçõ

es s

uper

iore

s a

1 U

.L.

A ‐ Regime Laminar

3 30 10 12

B ‐ Escoamento Turbulento

1 10 5 6

C ‐ Facturação Hidráulica

0 0 0 0

D ‐ Lavagem do preenchimento

0 0 3 3

E ‐ Colmatação das fissuras

0 0 6 7

2.7.2. ENSAIO DE CARACTERIZAÇÃO MECÂNICA.

De forma a complementar o melhor possível o estudo da caracterização geológica e geotécnica do maciço rochoso procedeu-se a uma caracterização mecânica do maciço que se processa com recurso aos ensaios “in situ” e em laboratório.

2.7.2.1. ENSAIOS “IN SITU”

Os ensaios “in situ” têm como principal objectivo a determinação da deformabilidade do maciço e respectivo estado de tensão na zona da futura caverna da central. Os ensaios foram efectuados com recurso a dilatómetros (BHD) e ao método de sobrecarotagem (STT).

o ENSAIO COM RECURSO A DILATÓMETRO BHD

O método de dilatómetro BHD consiste em introduzir num furo de sondagem uma camisa de borracha, que se adapta as paredes do furo e as carrega num determinado troço. A deformabilidade é registada por um sistema eléctrico.

Análise do com

26

A fiabilidadidênticos, ocomo um ín

A grande vobtenção deem termos d

Na central de de 10 GPaos 10m de p

mportamento de

de dos resulto que implicndice de qual

vantagem dese outros parâde módulos d

do Picote os a para o furoprofundidade

e uma estruturas

tados alcançacou que os vlidade, módu

ste método éâmetros, o qude deformabi

ensaios dem 2 (BD2), ten

e, o que baix

s em abóbada d

Figura 2.14

ados com estvalores obtidulos dilatomé

é ser realizadue permite obilidade.

monstraram mndo o furo 1 aria o valor d

de betão armad

_ Dilatómetro

te método sãdos neste tipétrico.

do em furos bter uma prim

módulos dilatevidenciado

do módulo d

do de revestime

o BHD

ão inferiorespo de ensaio

de sondagenmeira caracte

tométricos deo uma zona mdilatométrico

nto de uma cav

aos verificapassassem

ns de prospeerização geo

e 9,7 GPa pamais fracturad

para próxim

verna subterrâne

ados com méa ser consid

ecção que viotécnica do m

ara o furo 1 (da entre os 9

mo dos 8 GPa

ea __

étodos derado

sam a maciço

(BD1) 9,5m e a.

____

o

O enresistinduz

Refirobrasinfluê

Verifexecuaos 4princgeomrepre

Análise do com

o ENSAIO S

saio STT retências incorzido. Estas m

ra-se que os es especiais cência no com

ficando-se, tutaram-se 2 f40,00 m, 60ipalmente p

mecânicas dosentativas do

mportamento de

TT

alizado recorporados, qu

medições são

ensaios de decomo túneis

mportamento

tratar-se de furos e em c

0,00 m e aopara o STT2o maciço roo maciço.

uma estrutura e

rrendo a umue permite efectuadas a

Figura 2.15 _

eterminação s e cavernas, dimensiona

uma obra ada furo 3 ens 80,00 m.

2 e um poucochoso encon

Quadro 2

Sond

ST

ST

em abóbada de

ma barra cilína correcta

através dos fu

_ Defórmetro

do estado des subterrâneamento e cus

onde o esensaios. As c

Contudo osco diferentesntradas às c

2.3 _ Profundid

dagem Pro

TT1

TT2

e betão armado

ndrica plásticcaracterizaçã

furos de sond

tridimensiona

e tensão normeas, onde o sto da obra.

studo geotécotas inicialm

s ensaios fors para o STcotas previs

dade dos ensa

ofundidade

53,10

66,10

78,36

41,00

60,61

77,45

de revestimento

ca, com exteão do estad

dagem.

l (STT)

malmente só estado de t

cnico é de mente proposram efectuad

TT1 devido tas e que n

aios

to de uma caver

ensómetros edo de tensão

ó se justificamtensão pode

relevante stas para os edos em zonàs fracas ca

não foram c

rna subterrânea

27

eléctricos deo inicial ou

m no caso dee ter grande

importância,ensaios eramas próximasaracterísticasconsideradas

a

7

e u

e e

, m s s s


28

Nos ensaios, obtiveram-se valores de K=4, o que nos indica tensões horizontais cerca de 4 vezes superiores as verticais.

2.7.2.2. ENSAIOS LABORATORIAIS

Após a obtenção de amostras das sondagens correspondentes às zonas onde foram efectuados os ensaios anteriormente descritos, todas elas representativas da zona do maciço onde será implantada a central, procedeu-se ao estudo laboratorial de forma a obter uma caracterização do maciço mais correcto e detalhada.

As amostras BD1 e BD2 correspondentes aos ensaios realizados com recurso ao dilatómetro BHD e as amostras STT1 e STT2 correspondentes ao ensaio STT foram analisadas recorrendo-se aos ensaios de compressão uniaxial, ultra-sons e compressão diametral.

o ENSAIO UNIAXIAL

Organizando os ensaios uniaxiais por grau de alteração constata-se que as rochas com W1-2 apresentam resistência média à compressão de 91 MPa, as W2 o valor de 63 MPa e as W3 aproximadamente de 40 MPa, tendo como valores médios de deformabilidade para os W1-2 e W2 igual a 40 GPa e para o W3 de 10 GPa.

Verificou-se que as amostras dos furos de sondagem BD1 e BD2 apresentam características de deformabilidade e de resistência razoáveis a boas, podendo para tal considerar-se um módulo de deformabilidade de 37 GPa, correspondente à média harmónica, e uma tensão de rotura de 77 MPa, correspondente à média aritmética.

Obteve-se um valor médio do coeficiente de Poisson de 0,12, que pode ser considerado relativamente baixo.

o ENSAIO DE ULTRA-SONS

Os ensaios de ultra-sons foram realizados nas mesmas amostras utilizadas para o ensaio uniaxial. Foram obtidas velocidades longitudinais superiores a 4000 m/s e velocidades transversais superiores a 2000 m/s, tendo como valores médios 4500 m/s e 2600 m/s. Verifica-se, assim, estar na presença de uma rocha com características mecânicas razoáveis a boas.

o ENSAIO DE COMPRESSÃO DIAMETRAL

A análise dos resultados dos ensaios de compressão diametral verifica-se que a tensão de rotura à tracção se obtém para um valor próximo de 8 a 9% dos valores máximos de rotura à compressão, valores que estão compreendidos aproximadamente entre 6 a 6,5 MPa.

Para os parâmetros de resistência resultante dos ensaios de deslizamento de diaclases, obtiveram-se valores médios de 0,14 MPa para a coesão e de 34º para o ângulo de atrito. Os ensaios efectuaram-se com amostras de diaclases com superfícies pouco alteradas e ligeiramente rugosas, resultantes da profundidade a que foram retiradas.


29

2.8. SISTEMAS DE CLASSIFICAÇÃO DO MACIÇO

Quando se pretende iniciar o estudo de uma determinada obra, principalmente quando um dos objectivos passa pela determinação de parâmetros geotécnicos, a classificação do maciço rochoso torna-se fundamental. Assinale-se, contudo, que esta classificação não é absoluta para fim de engenharia, nem universal.

2.8.1. CLASSIFICAÇÃO TENDO EM CONSIDERAÇÃO A ALTERAÇÃO DO MACIÇO

A qualidade dos maciços rochosos é consequência do seu estado de alteração e de fracturação, obtendo-se assim um índice de qualidade.

A classificação da alteração do maciço é normalmente baseada em métodos expeditos e de observação, variando com a facilidade com que o material é decomposto. Utiliza-se uma nomenclatura que compreende os 5 níveis indicados no quadro 2.4.

Quadro 2.4 _ Graus de alteração do maciço rochoso

Símbolos Designação Características

W1 São Sem quaisquer sinais de alteração

W2 Pouco alterado Sinais de alteração apenas nas imediações das descontinuidades

W3 Medianamente alterado

Alteração visível em todo o maciço rochoso mas a rocha não é friável

W4 Muito alterado Alteração visível em todo o maciço rochoso e a rocha é parcialmente friável

W5 Decomposto (saibro)

O maciço apresenta-se completamente friável com comportamento de solo

A classificação de fracturação é um parâmetro que nos indica o espaçamento que existe entre as diversas diaclases, e engloba os 5 níveis constantes no quadro 2.5.


30

Quadro 2.5 _ Graus de fracturação do maciço rochoso

Símbolos Intervalo entre fracturas (cm)

Designação

F1 > 200 Muito afastadas

F2 60 - 200 Afastadas

F3 20 - 60 Medianamente afastadas

F4 6 - 20 Próximas

F5

< 6 Muito próximas

Estes dois parâmetros apesar de obtidos por métodos empíricos estabelecem uma primeira classificação do maciço que é bastante útil. Juntamente com ambos os métodos anteriormente descritos utiliza-se muitas vezes o RQD (“Rock Quality Designation”), dando um indicativo da qualidade do maciço rochoso usado, sendo a sua classificação descrita no quadro 2.6.

Quadro 2.6 _ Classificação dos maciços com base no RQD

RQD Qualidade do Maciço Rochoso

0 - 25% Muito fraco

25 - 50% Fraco

50 - 75% Razoável

75 - 90% Bom

90 - 100% Excelente

Embora tendo bastantes limitações, devido as incertezas no manuseamento das amostras, é bastante útil.


31

2.8.2. CLASSIFICAÇÕES GEOMECÂNICAS

Posteriormente à recolha das amostras das sondagens e a uma prévia análise das suas características procede-se à sua classificação geomecânica. A importância desta classificação reside no facto de poder-se sintetizar e determinar os elementos geotécnicos presentes no maciço.

2.8.2.1. SISTEMA RMR

Este sistema, cada vez mais utilizado, tem vindo a ser refinado constantemente. Baseado em casos práticos e em formulas empíricas, o sistema torna-se tanto mais correcto quanto mais testado for. Embora sendo um método empírico é bem aceite no seio da geotecnia.

Este sistema tem como funcionalidade relevante estabelecer uma correlação entre o índice RMR e o módulo de deformabilidade (Em), utilizando-se para tal as fórmulas enunciadas por Bieniawski, Serafim e Pereira e Hoek e Brown. Pode igualmente fornecer indicações sobre nomeadamente a coesão e o ângulo de atrito.

O índice RMR é determinado recorrendo a seis parâmetros geológicos–geotécnicos, aos quais são atribuídos pesos relativos. Após a classificação do maciço, o índice RMR é determinado pelo somatório dos respectivos pesos. Assim, este índice, pode variar entre 0 e 100.

2.8.2.2. SISTEMA Q

Identicamente ao sistema anterior, este sistema tem como função relevante proceder a determinação do módulo de deformabilidade (Em).

O cálculo do índice Q é efectuado recorrendo a seis factores considerados relevantes para a caracterização do comportamento do maciço rochoso. Obtendo um valor que poderá variar de 10-3 ate 103.

É correlacionavel com o módulo de elasticidade, utilizando as fórmulas enunciadas por Barton et al, 1980, e mais recentemente em 2002 por Barton e Quadros.

2.8.2.3. SISTEMA GSI

Dada a matriz rochosa que constitui os maciços juntamente com as superfícies de descontinuidades que o compartimentam, o cálculo da sua resistência pode ser efectuada por métodos empíricos.

Este método identicamente aos anteriores é um método correlacionavel como o módulo de deformabilidade, sendo o índice GSI também correlacionavel com o factor anteriormente referido o índice RMR.

Este método assume-se como de elevada importância dado permitir a obtenção de muitos parâmetros caracterizadores do maciço rochoso, tais como a coesão o ângulo de atrito, o módulo de deformabilidade e vários parâmetros correlacionados com o tipo de solo e escavação. Contudo, para tal, é necessário proceder ao cálculo de outros índices, como a tensão de compressão na rocha simples (σc).


32

2.8.3. APLICAÇÃO E ANÁLISE DOS RESULTADOS

A análise do maciço da central hidroeléctrica de Picote é realizada recorrendo aos sistemas atrás descritos, com base em, amostras das sondagens BD1 e BD2.

2.8.3.1. SONDAGEM BD1

Para a análise da sondagem BD1 recorre-se ao sistema RMR, ao sistema Q e ao sistema GSI.

Para o sistema RMR, realizado pelo método descrito anteriormente, seleccionaram-se inicialmente os pesos referentes à compressão uniaxial como, o valor do RQD, o tipo de classe de F e W, a percolação do maciço e a orientação. Obtendo assim um valor de RMRmínimo = 69 (maciço rochoso bom – classe II) e um RMRmáximo = 85 (maciço rochoso muito bom – classe I).

Aplicando-se o métodos descritos por Serafim e Pereira e por Hoek e Brown obtiveram-se os valores mínimos e maximos estimados para o módulo de deformabilidade, constantes no quadro 2.7.

Quadro 2.7 _ Cálculo do módulo de deformabilidade

Serafim e Pereira

Emin = 30 GPa

Emáx = 75 GPa

Hoek e Brown Emin = 26 GPa

Emáx = 66 GPa

Na análise recorrendo ao sistema Q, obtiveram-se valores de Qminimo =4,688 e do Qmáximo = 30.

Aplicando a fórmula prescrita por Barton e Quadros, 2002, determinaram-se como valores mínimos e máximos do módulo deformabilidade:


Barton e Quadros, 2002

Emin = 17 GPa

Emáx = 31 GPa

Posteriormente à determinação do módulo de deformabilidade, procedeu-se a determinação de vários parâmetros por aplicação do sistema GSI, obtendo-se assim valores como a coesão, o ângulo de atrito e o módulo de deformabilidade.

Na determinação do valor do GSI recorre-se ao valor obtido anteriormente do RMR. Obtendo-se:


33

Quadro 2.9 _ Resultados do sistema GSI

Mínimo Máximo

UCS (MPa) 78 UCS (MPa) 78

GSI 64 GSI 80

mi 33 mi 33

mb 9,123 mb 16,155

s 0,0183 s 0,1084

a 0,502 a 0,501

ф' 45,01 ф' 49,52

c' (MPa) 6,656 c' (MPa) 8,415

E (MPa) 26,9 E (MPa) 61,2

2.8.3.2. SONDAGEM BD2

O procedimento adoptado para o cálculo da sondagem BD1 foi também aplicado à sondagem BD2. A necessidade de efectuar-se este cálculo prende-se ao facto de se verificarem divergências entre a sondagem BD1 e BD2 e com o intuito de confirmar os valores obtidos para a sondagem BD1.

No cálculo utilizando o sistema RMR, obtiveram-se valores de RMRmínimo = 69 (maciço rochoso bom – classe II) e para o RMRmáximo = 85 (maciço rochoso muito bom – classe I). Para o módulo de deformabilidade obtiveram-se os valores indicados no quadro 2.10.


Serafim e Pereira

Emin = 30 GPa

Emáx = 75 GPa

Hoek e Brown Emin = 24 GPa

Emáx = 61 GPa

O cálculo do módulo de deformabilidade utilizando o sistema Q, implica a determinação dos valores de Qmin e Qmax, obtendo-se como valores para o Qminimo=4,688 e para o Qmáximo=30, tendo-se como valor do módulo de deformabilidade:


Barton e Quadros, 2002

Emin = 17 GPa

Emáx = 31 GPa


34

Na análise recorrendo ao sistema GSI obtiveram-se os seguintes valores:

Quadro 2.12 _ Resultados do sistema GSI

Mínimo Máximo

UCS (MPa) 66,5 UCS (MPa) 66,5

GSI 64 GSI 80

mi 33 mi 33

mb 9,123 mb 16,155

s 0,0183 s 0,1084

a 0,502 a 0,501

ф' 45,01 ф' 49,52

c' (MPa) 5,674 c' (MPa) 7,174

E (MPa) 26,9 E (MPa) 61,2

2.8.3.3. ANÁLISE DE VALORES A UTILIZAR

A análise individual das duas sondagens pelos diversos sistemas de classificação geomecânica, determinou vários valores do módulo de deformabilidade. Assim e como forma de caracterizar, com valores mais plausíveis de se verificarem no maciço rochoso procedeu-se à determinação do valor médio encontrado pelos diversos sistemas individuais e efectuou-se uma síntese dos diversos valores característicos do maciço a utilizar na verificação da estabilidade local e global do maciço.

Quadro 2.13 _ Estimativa do módulo de deformabilidade

Sistema Sondagem BD1 Sondagem BD2

E (GPa) E (GPa)

Q 17 17

31 31

RMR

30 30

75 75

26 24

66 61

GSI 27 27

61 61

Σ 333 326

Valor médio 42 41


35

Quadro 2.14 _ Resultados do critério Mohr-Coulomb e Hoek e Brown

Sondagem BD1Sondagem

BD2

Tipo de material Isotrópico

γ (kN/m3) 27

Parâmetros elásticos

E (GPa) 42 41

ν 0,15 0,15 Parâm

etros relativos a tensões

(critério Hoek e Brown gen

eralizado)

Tipo de material

Plástico

σc (MPa) 78 66,5

mb (pico) 9,123 9,123

s (pico) 0,0183 0,0183

a (pico) 0,502 0,502

Dilatância 0 0

mb (residual) 9,123 9,123

s (residual) 0,0183 0,0183

a (residual) 0,502 0,502

Analisando-se os resultados das duas sondagens verifica-se que ambos convergem para valores muito próximos, o que indica a presença de um material isotrópico e que a verificação à estabilidade local e global pode ser efectuada para um só valor característico do maciço rochoso. Verifica-se que para a análise da estabilidade só existe a necessidade da criação de um modelo representativo do maciço utilizando para tal os valores presentes em BD2 por se tratar da sondagem com valores mais desfavoráveis.

2.9. SUPORTES

A verificação da estabilidade depende directamente do tipo de suportes utilizados. Assim e de forma a garantir a estabilidade pode-se usar dois tipos de suportes.

2.9.1. SUPORTES PRIMÁRIOS

A introdução de suportes primários ou temporários em obras subterrâneas revolucionou o tempo e formas de escavação, passando as obras a serem executadas a uma velocidade mais elevada associada a uma maior segurança.

O aparecimento de novas técnicas de suporte primário associado a uma maior confiança e fiabilidade deste tipo de suportes transformou suportes de cariz temporário em suportes que permanecem aplicados em toda a vida de estrutura. Assim este tipo de suportes poderão permanecer aplicados

Análise do com

36

durante todsecundários

Na central dminimizaçãna central aplicação dedo maciço.

2.9.1.1. PR

As pregagenescavação, autosustentapróprias de

A aplicaçãomaciço à pdescontinui

Na central dde forma pdeslocamenoriginando u

As pregageprovocadas ideal para su

O principalinjecção de das pregage

mportamento de

da a vida da s.

do Picote a aão do esforçoprende-se coe um revesti

REGAGENS

ns que tem fsó podem

abilidade, nãsustentação.

o de pregagepresença de dades que co

do Picote as passiva, só entos esforçamuma zona es

ens do tipo pelo maciço

uportes prim

l inconvenieuma calda, e

ens, provocan

e uma estruturas

estrutura ou

aplicação doso a actuar noom a aplicaimento de 10

função de supser aplicada

ão sendo pos.

ns em obras cunhas inst

ompõe o mac

pregagens uentrando emm as pregatável.

“grouted doo e são muit

mários com ca

Figura

ente deste tipe o tempo dendo um atras

s em abóbada d

u serem desa

s suportes pro suporte defação de preg0 cm de betã

porte de cunhas em macissível aplicar

subterrâneatáveis, formciço rochoso

tilizadas sãom funcioname

gens, que t

owels” apreto pouco senarácter de pe

a 2.16 _ Prega

po de pregae presa da mso no avanço

de betão armad

activados qu

rimários tem finitivo a reagagens de cão projectado

has instáveisiços onde sr em outros t

as requer prevmadas pelas o e à presença

o do tipo “groento quandotransmitem

sentam umansíveis a efeiermanência e

agem tipo “gro

agem prendemesma originao da obra.

do de revestime

ando se inst

um carácter alizar. O tipocomprimentoo que confer

s que se formse verifique tipos de solo

viamente a ncombinaçõe

a de zonas de

outed dowelso se verificauma força

a resistênciaitos corrosiv

efectiva em to

outed dowel”

-se com o far um atraso

nto de uma cav

tala os supor

definitivo, oo de suporte po variável, jure um aumen

mam no maciuma eleva

o, dado não p

necessidade des desfavoráve rotura do m

s”. Estas prega movimentoactiva ao m

bastante elos, originandoda a obra.

facto de se na entrada e

verna subterrâne

rtes definitiv

o que permitprimário utiuntamente c

nto da estabi

iço rochoso aada resistêncpossuirem fu

de uma análáveis das divmaciço.

gagens funcios no maciçmaciço resis

levada às tedo uma preg

ter de proceem funcionam

ea __

vos ou

e uma lizado com a lidade

após a cia de unções

ise do versas

ionam ço. Os stente,

ensões gagem

eder à mento


37

2.9.1.2. BETÃO PROJECTADO

O betão projectado pode ser usado como suporte primário e confere uma maior segurança ao maciço.

As sucessivas aplicações de camadas de betão projectado juntamente com fibras ou com a presença de uma malhasol, confere ao maciço uma resistência que, como se verificará posteriormente, dispensaria a utilização de pregagens. No inicio da escavação o betão projectado desempenhou um papel de elevada importância, garantindo a estabilidade do maciço.

2.9.2. SUPORTE DEFINITIVO

O suporte definitivo é normalmente aplicado sobre os suportes primários, sendo o último elemento estabilizador do maciço rochoso. A presença do suporte primário em toda a vida da obra, origina um suporte definitivo mais optimizado, sendo contudo essencial garantir a durabilidade e/ou resistência do suporte primário.

O suporte definitivo, em conjunto com o suporte primário caso este esteja activo durante toda a vida de obra, deve garantir a estabilidade resistente, um aspecto regular e uniforme, impermeabilização e garantir as características funcionais da mesma.

Para a central do Picote será efectuado um suporte em betão, aplicado sobre o suporte primário, sem a desactivação deste. O arco em betão é realizado antes da escavação da parte inferior da central, de forma a facilitar a sua realização.

A análise do suporte definitivo será executada no capítulo de análise estrutural.

2.10. ESTABILIDADE LOCAL

A escavação de obras subterrâneas em profundidade engloba pontos de estudo críticos, sendo a presença de cunhas instáveis formadas por descontinuidades existentes em redor da escavação no maciço rochoso um dos factores de elevada preocupação que deveremos considerar.

Na análise da estabilidade da central de Picote, a estabilidade das cunhas foi verificada recorrendo ao software desenvolvido pela Rocscience, Unwedge.

2.10.1. PROGRAMA UNWEDGE

Na análise da estabilidade local da Central do Picote, consideraram-se as possíveis famílias presentes no maciço rochoso e o suporte utilizado para a contenção do mesmo. Mediante estes dois grandes parâmetros o programa “unwedge”, que visa verificar a estabilidade local, realiza varias simulações de forma a verificar a estabilidade do maciço.

2.10.1.1. CARACTERIZAÇÃO DAS CUNHAS

O estudo das descontinuidades no maciço rochoso indicou a presença de 3 famílias mais representativas (F1, F2 e F3) e duas famílias raras (F4 e F5), sendo que estas duas são sub-famílias da família (F2).

Análise do com

38

A análise rsabendo-se famílias (F21, combinaç

o COM

Na simulaçãa possível fundação ([5

Pela análisesua localizao caso das 109,513 e segurança mcunha [6] e

O facto de eaplicar logo

mportamento de

recorrendo aque a famíl

2, F4 e F5) pção 2 e comb

MBINAÇÃO 1

ão da combiexistência d5] e [1]).

e dos resultadação na parte

cunhas [5] 14,239 resp

mínimo ( F.Se a cunha [8]

existir cunhao que possíve

e uma estruturas

ao programa lia F2 pode-

pode estar na binação 3).

nação 1 procde 6 cunhas,

Figura 2.17

dos obtidos ve inferior da ee cunha [3],ectivamente

S. mínimo ≥ 1,5factores de

as onde o facel elementos

s em abóbada d

Unwedge s-se sub-dividsimulação. O

cede-se a com2 pela abó

7 _ Formação

verifica-se qescavação. A, não aprese

e verifica-s5), o que nossegurança de

ctor de segurde suporte p

de betão armad

só permite adir em 2 subObtêm-se as

mbinação daóbada ([8] e

de cunhas pa

que a cunha [As cunhas coentam instabse que as res indica a nee 0,096, 1,16

rança não é primário para

do de revestime

a análise de b-famílias, tsim 3 combi

as famílias F[4]), 2 late

ra a combinaç

[1], não apreom um factorilidade, tendestantes cunecessidade de69 e 0,000 re

verificado, ia proceder a

nto de uma cav

3 famílias tal implica qinações possí

1, F2 e F3. Eralmente ([6

ção 1

senta risco dr de segurançdo um factorhas não atine suporte, tenspectivamen

indica-nos a estabilidade

verna subterrâne

em simultânque só uma íveis (combi

Esta análise 6] e [3]) e 2

de queda, devça elevado cor de seguranngem o factndo a cunha

nte.

necessidadedo maciço.

ea __

neo, e das 3

inação

indica 2 pela

vido a omo é nça de tor de [4], a

e de se

____

o

Identoriginprese

Na ansupera cunrestanapreseleva

o

Procepreseprese

Análise do com

o COMBINAÇ

ticamente à nadas na comença de 5 cun

nálise à instariores ao limnha [6] um fntes 3 cunhsentam factoada instabilid

o COMBINAÇ

edendo de foença das famença de 2 cun

mportamento de

ÇÃO 2

combinação mbinação 2, nhas instávei

Figu

abilidade verite da instabifactor de segas apresenta

ores de segudade das cunh

ÇÃO 3

forma idênticmílias F1, F3 nhas na abób

uma estrutura e

1, procedeuque envolves, 3 cunhas p

ura 2.18 _ Form

rifica-se que ilidade, tend

gurança de 8am valores iurança de 0has referidas

ca à utilizade F5, que o

ada, 2 cunha

em abóbada de

u-se à verifica combinaçã

pela abóbada

mação de cun

e a cunha [1]do mesmo o p8,695, que poinferiores a ,131, 0,031

s.

da nas duasoriginam na as laterais, e

e betão armado

cação da estão entre as fa e 2 cunhas

nhas para a co

e a cunha [programa ideode ser cons1,5. A cunhe 0,000 re

situações ancentral a preuma cunha n

de revestimento

tabilidade pafamílias F1, Flaterais.

ombinação 2

6] apresentaentificado a csiderado comha [3], a cuspectivamen

nteriores, a esença de 5 na base.

to de uma caver

ara as variasF3 e F4, veri

am factores dcunha [1] co

mo altamenteunha [7] e ante, diagnost

combinaçãocunhas, veri

rna subterrânea

39

s simulaçõesificando-se a

de segurançamo estável e

e estável. Asa cunha [8],ticando uma

o 3 simula aificando-se a

a

9

s a

a e s , a

a a

Análise do com

40

Na análise dbase da cende segurançfactores de de segurançnecessidade

o ANÁ

Após a anárespectivo condicionancunhas comindicando p

Desprezanda análise datem um pesVerifica-se muito pequdescrita. Nanulo, um pesendo esta verificado

mportamento de

da figura e dntral se enconça de 41,908segurança inça de 1,228

e da aplicaçã

ÁLISE DAS CO

álise inicial dfactor de s

ntes, como om factor de sposteriorment

do da análise as restantes cso de 67,968

igualmente ueno o que a combinaçãeso de 55,40a mais gravpara todas

e uma estruturas

Figura 2.19

dos resultadontra estável, , representan

nferior ao mí8, 0,461 e 0o logo que p

MBINAÇÕES

das várias cosegurança, pos pesos das segurança nãte a combina

todas as cuncunhas. Assim ton e que é a presença origina uma

ão 2 verifica9 ton e uma

vosa de todaas cunhas

s em abóbada d

_ Formação d

s fornecidos não tendo ri

ndo igualmenínimo. A cun0,000 respec

possível do su

ombinações, procede-se d

cunhas e a ão inferior aação mais gra

nhas que têmm para a comnecessário ude uma cuna pressão na-se uma cupressão que

as as combininstáveis, o

de betão armad

de cunhas par

pelo prograisco de instante uma elevnha [3], a cuctivamente, uporte primá

onde se deude seguida respectiva p

a 1,5. Nestaavosa para a

m um factor dmbinação 1 vuma pressãonha com facnecessária nounha altamene é necessárianações. Embo valor a a

do de revestime

ra a Combinaç

ama verifica-abilidade. A vada estabilidunha [7] e a valores infe

ário.

u principal êa uma aná

pressão necesanálise procanálise do ti

de segurançaverificamos q

a aplicar coctor de seguro suporte mnte gravosa, a ser aplicadbora o valoraplicar pelo

nto de uma cav

ção 3

se que a cuncunha [6] apdade. As rescunha [8] aperiores a 1,5

ênfase à preslise dos resssária para acede-se de uipo de suport

a elevado, poque a mais grontra o maciçrança nulo,

muito inferiorcom um faca pelo supordo peso nãsuporte é

verna subterrâne

nha [2] formapresenta um stantes cunhapresentam fa5 o que ind

sença de cunstantes elema estabilizaçãuma forma gte a utilizar.

ode procedergravosa das cço de 4,65 tosendo o seur à anteriormctor de segurte de 5,32 toão seja o má

o mais ele

ea __

ada na factor

as tem actores dica a

nhas e mentos ão das global,

r-se só cunhas on/m2. u peso mente urança on/m2, áximo evado,

____

transfcondicomb

Assimcomo

2.10

Postea utilproceproje

o

A anusa-s

Nas ptendo

As prNos hfactor

Os repara ta cunsegur

Verifneces

Análise do com

formando-a icionantes, tbinações.

m e de formao combinação

.1.2. CARACT

eriormente à lizar, procedede-se ao esctado, e fina

o CASO 1

álise do casoe como mod

pregagens uso ainda a cald

regagens colhasteais não r de seguran

esultados obttodas as cunhnha [3]; a crança de 0,84

fica-se que assário refinar

mportamento de

assim na mtendo as cun

a a verificar o mais gravo

TERIZAÇÃO DO

determinaçãde-se à verifistudo para ualmente pela

o 1 envolve,delo de supor

sa-se um açoda injectada u

locam-se emexiste a neceça elevado.

tidos após a has desenvol

cunha [8], lo45, bastante i

a utilização dr a malha das

uma estrutura e

mais condicnhas instáve

a estabilidaosa a combin

OS ELEMENTOS

ão da combinficação da seum suporte scombinação

, assim comorte um model

o A400, comuma resistên

toda a zonaessidade de c

Figura 2.2

aplicação dalvidas na comocalizada noinferior ao m

deste tipo des pregagens e

em abóbada de

cionante. A eis valores in

ade nos divernação 2.

S DE SUPORT

nação mais gegurança utilsó constituíd das duas, ut

o para todoslo só constitu

m Ф 25 e umncia de 153 to

a a suportar ecolocar preg

20 _ Suporte a

as pregagensmbinação 2.

o lado esquemínimo exigid

suporte não e/ou a impor

e betão armado

combinaçãnferiores aos

rsos element

TE

gravosa e quelizando 3 tipdo por pregtilizado prega

s, a combinauído por preg

ma capacidadeon/m.

em abóbada, agens, pois a

aplicado no ca

s indicam umVerifica-se a

erdo da abóbdo (F.S. mínim

conduz à esr outro tipo d

de revestimento

ão 3 não aps anteriorme

tos de suport

e aplica um mpos de suporagens, posteagens e betão

ação 2 de insgagens.

e resistente d

formando uas cunhas ex

aso 1

m aumento doa estabilidadbada, ainda

mo = 1,5).

stabilidade dode suporte pri

to de uma caver

apresenta vaente descrito

te a consider

maior esforçrtes diferenteriormente so projectado

stabilidade d

de 17,424 to

uma malha dexistentes apre

os factores dde para a cunh

apresenta u

do maciço, seimário.

rna subterrânea

41

alores muitoos para as 2

rar utiliza-se

ço ao suportetes. Primeirosó por betão.

do maciço, e

n/pregagem,

e 1,5x2,5 m.esentam uma

de segurançaha [7] e para

um factor de

endo para tal

a

o 2

e

e o o

e

,

. a

a a e

l

Análise do com

42

o CAS

Neste caso projectado.

O betão proton/m3 e apl

Na análise dsegurança b5,3.

A utilizaçãoaplicável.

mportamento de

SO 2

procede-se

ojectado a utlica-se com u

dos resultadobastante acei

o deste elem

e uma estruturas

a verificaçã

tilizar tem uuma espessu

Figu

os para este itáveis tendo

mento suport

s em abóbada d

ão da segura

uma resistêncra de 10 cm

ura 2.21 _ Sup

suporte verif o factor de

te como úni

de betão armad

ança utilizan

cia ao corte em toda a ca

porte aplicado

fica-se a estasegurança p

ico suporte

do de revestime

ndo como ún

de 200 ton/maverna à exce

o no caso 2

abilidade do para a cunha

primário, er

nto de uma cav

nico meio de

m2, um pesoepção da bas

maciço. Obtmais desfav

ra perfeitame

verna subterrâne

e suporte o

o volúmico dse da mesma

têm-se factovorável o va

ente justificá

ea __

betão

de 2,6 .

res de alor de

ável e

____

o

Embonestebetão

A gar10 cm

Esta aplicasignifbastarisco eleva

2.11

A esestab

Assimque todefin

A anPhaselongoutiliz

Análise do com

o CASO 3

ora se tenha caso, à ver

o projectado,

rantia de segm de betão pr

combinação ação das prficativo, e d

ante aceitávelinerente nes

ada estabilida

. ESTABILI

scavação do ilidade globa

m, é de elevaoda a estrutu

nitivos aplica

nálise do fase2, softwareo da escavaçzados.

mportamento de

constatado qificação de udescrito no

gurança da erojectado, qu

origina um regagens jundado que a l, a utilizaçãoste tipo de oade do maciç

IDADE GLOB

maciço rocal da obra e d

ada importânura vai estar dos na obra.

seamento co desenvolvidção, os deslo

uma estrutura e

que a aplicaçum tipo de scaso 2.

Figura 2.2

estabilidade pue por si só g

aumento dosntamente coestabilidade

o deste supoobras é plausço.

BAL

choso introddos seus elem

ncia analisar sujeita, princ

onstrutivo dado pela Rococamentos v

em abóbada de

ção de betão suporte com

22 _ Suporte a

para este sisgarantia a est

s factores dem o betão

e já se encoorte pode ser sível e conse

duz deformamentos de su

r o faseamencipalmente o

a central docscience. Estverificados n

e betão armado

projectado vmposto por pr

aplicado no ca

tema já encotabilidade do

e segurança eprojectado.

ontrava garanquestionáve

ervador o us

ações que suporte.

to construtivos que origin

Picote foi te programa no mesmo e

de revestimento

verificava a eregagens, de

aso 3

ontra-se verio maciço.

em relação aNão sendo

ntida com uel. Contudo dso do mesmo

são bastante

vo e consequam alteraçõe

executada rfornece as tos esforços

to de uma caver

estabilidade,escritas no c

ificada, pela

ao caso anter este aumenum factor ddevido as inco, garantindo

e condiciona

uentemente oes ao estado

recorrendo atensões no m

s aplicados n

rna subterrânea

43

, procede-se,aso 1, e por

presença de

rior devido anto bastante

de segurançacertezas e aoo assim uma

antes para a

os esforços ados suportes

ao programamaciço e aonos suportes

a

3

, r

e

a e a o a

a

a s

a o s

Análise do com

44

2.11.1. PRO

Para a verisuportes que

2.11.1.1. M

Na análise ddo maciço d

A nível geohorizontal esecundário primário, to

A definiçãoadequada avelementos d

o FAS

Um dos prodo faseameprimários ou

No caso emincluindo adestinadas suportes ap60% do valo

Maciço procede inicial (ecentral).

mportamento de

OGRAMA PHAS

ificação da ee são os intro

ODELO REPRE

de obras subde forma a ob

otécnico o mae vertical de em betão e o

ornam-se esse

o das fases dvaliação (e cde suporte.

SEAMENTO CO

ocedimentos ento construu definitivos

m estudo a sias fases de a obter a ev

plicados. A aor máximo a

1ª

no seu esà avaliação

esforços dev

e uma estruturas

SE2

estabilidade oduzidos no

ESENTATIVO

bterrâneas torbter resultad

aciço apresen4, e um módos parâmetroenciais para

de avanço dcontrole) da e

ONSTRUTIVO

mais complutivo, quer ns.

mulação do aplicação d

volução no aplicação daatingido.

Qu

ª Fase

stado iniciao do estadovido à profu

s em abóbada d

global, é adprograma qu

rna-se fundamos o mais ex

nta como cardulo de deforos das pregagque o model

de escavaçãoevolução dos

lexos da exena evolução

faseamento do suporte p

tempo dos a fase fictícia

uadro 2.15 _ F

al, onde seo de tensãoundidade da

de betão armad

doptado um ue procede à

mental fornexactos possív

racterísticasrmabilidade gens e do belo numérico

o é outro asps esforços qu

ecução de obo da escavaç

construtivo primário e sdeslocamenta correspond

Faseamento c

e o a

do de revestime

modelo repverificação

ecer ao progrvel.

preponderanbastante alto

etão projectaseja represen

pecto extremue se vão ger

bras subterrâção, quer n

implicou a csecundário etos que se vde aproxima

onstrutivo

nto de uma cav

presentativo da estabilida

rama elemen

ntes uma relao. As caracterdo que caracntativo da rea

mamente imprando no mac

neas prende-na aplicação

criação de 17e a criação verificam atéadamente ao

verna subterrâne

do maciço ade.

ntos caracterí

ação entre a trísticas do sucterizam o sualidade.

portante paraciço rochoso

-se com defdos suport

7 fases de avde fases fic

é à activação deslocamen

ea __

e dos

ísticos

tensão uporte uporte

a uma o e nos

finição tes de

vanço, ctícias ão dos nto de


45

2ª Fase

Inicio do desmonte da abóbada, através das galerias existentes.

3ª Fase

Instalação das pregagens e do betão projectado, criando o suporte primário na zona das galerias existentes.

4ª Fase

Escavação da galeria central.


46

5ª Fase

1ª fase fictícia em que é simulado o atraso da instalação do suporte primário aquando do desmonte da parte central da abóbada.

6ª Fase

Instalação do suporte primário no resto da parte superior da abóbada, após se ter verificado aproximadamente 60% dos deslocamentos.

7ª Fase

É a 2ª fase fictícia, que corresponde a simular o atraso na aplicação do suporte primário.


47

8ª Fase

Após os deslocamentos referentes ao tempo entre a escavação e o tempo de entrada em funcionamento do suporte primário, aplica-se a eficiência do suporte.

9ª Fase

Nesta fase procedemos a execução do arco em betão (suporte secundário) aproveitando a rocha inferior que serve de apoio a execução do mesmo.

10ª Fase

Fase correspondente a escavação de um troço vertical da caverna, onde se retrata a fase fictícia da escavação até a colocação do suporte primário.


48

11ª Fase

Colocação do suporte primário, após a verificação de 60% dos deslocamentos estimados para esta fase.

12ª Fase

Fase fictícia, onde se simula o atraso da colocação do suporte primário correspondente a escavação da caverna até a base da galeria central.

13ª Fase

Instalação do suporte primário após se ter constatado o deslocamento calculado para esta fase.


49

14ª Fase

À imagem de todas as fases fictícias anteriores é utilizado um material característico que representa a escavação ate ao ponto representado simulando o atraso na colocação do suporte primário.

15ª Fase

Como efectuado em toda a caverna, nesta fase procede-se a colocação das pregagens e betão projectado, posteriormente a ser verificado os deslocamentos apropriados.

16ª Fase

É a última fase fictícia do modelo, em que se procede a escavação até à parte inferior da caverna, representando o atraso da instalação do suporte primário.


50

2.11.1.2. RESULTADOS

Após a descrição e apresentação do faseamento construtivo adoptado, procede-se a uma análise dos principais resultados.

De entre o grande número de análises e factores que se podem retirar do programa importa enumerar, como de principal importância, os deslocamentos do maciço rochoso, as tensões principais que se verificam no maciço e as zonas de rotura.

o DESLOCAMENTOS DO MACIÇO ROCHOSO

Para se proceder à análise dos deslocamentos do maciço rochoso, pode desprezar-se os deslocamentos obtidos nas fases fictícias, pois verificamos que nessas fases só se obteve aproximadamente 60% dos deslocamentos máximos, não tendo assim nenhum efeito relevante a consideração dos mesmos.

Na análise dos deslocamentos do maciço rochoso, constata-se que o seu valor aumenta no sentido do centro de gravidade, ou seja, para o interior da escavação. À medida que a escavação se processa o deslocamento é mais significativo, aumentando com a profundidade.

Numa análise mais detalhada à central, verifica-se um deslocamento nulo na fase 1, dado não existir qualquer abertura no maciço, aumentando sempre até a fase 17 onde se obtém um deslocamento máximo de 31mm a meia altura da central.

Uma análise mais cuidada deve ser efectuada ao deslocamento sofrido pelo suporte secundário. O arco em betão é construído quando se verifica na parte inferior da abóbada um deslocamento de 12 mm, no sentido do centro de gravidade de escavação. A escavação da parte inferior da central aplica ao arco esforços, que estão associados aos deslocamentos que o arco vai sofrer mediante a deformação do maciço.

Numa análise ao sentido global dos deslocamentos, verifica-se que os deslocamentos horizontais são mais significativos o que se deve ao facto de a tensão horizontal verificada no maciço ser 4 vezes superior à tensão vertical. Verifica-se ainda que devido à elevada tensão horizontal o topo da central sofrerá um pequeno levantamento.

17ª Fase

Instalação dos últimos suportes primários na caverna, aplicação que se realiza posteriormente aos deslocamentos previamente estimados. Estão assim representadas todas as deformações do maciço, e aplicados todos os suportes resistentes na central.

Análise do com

ndo-se do coos deslocameocamentos preslocamentos

nálise dos do interior da

rior da abóbaocamentos paência para de

combinação zontais, para terior devido

mportamento de

Figura

onhecimento entos horizonrovocados pes.

Figura 2.24

deslocamentoa central a mada. Na análara o interioreslocamentos

dos dois o interior, a o as tensões

uma estrutura e

a 2.23 _ Vecto

que as tensõntais superamelas tensões v

_ Deslocame

os horizontaimeia altura, ise do gráficr da central, s exteriores.

gráficos anmeia altura

s verticais. E

em abóbada de

ores de desloc

ões horizontam igualmentverticais, pro

entos horizonta

is, gráfico dexistindo de

co dos deslocna parte sup

nteriores, veda central, p

Em relação

e betão armado

camento do m

ais são bastae os verticaiocede-se a u

ais (esquerda)

da esquerda, eslocamentoscamentos veperior e na p

erifica-se umprovocados paos deslocam

de revestimento

aciço rochoso

ante mais eles, originandoma análise c

) e verticais (d

verifica-se s para o exterticais, gráfi

parte inferior

ma diminuiçpela tendêncimentos verti

to de uma caver

o

evadas que aso mesmo a acomparativa

direita)

elevados deerior da centico da direitar, existindo a

ção dos deia de deslocaicais verifica

rna subterrânea

51

s verticais, eanulação dosentre ambos

eslocamentostral na partea, verifica-sea meia altura

eslocamentosamentos paraa-se, a meia

a

e s s

s e e a

s a a

Análise do com

52

altura a an(deslocamen

Numa análesclarecedocentral, e o

mportamento de

nulação dos ntos negativo

Figura

lise mais aora tudo o d

levantament

e uma estruturas

deslocamenos) no topo d

2.25 _ Resulta

atenta à defescrito anterto no topo da

Figura 2.26

s em abóbada d

ntos para o da abóbada, p

ante e posição

formada, retriormente, oua parte superi

6 _ Deformada

de betão armad

interior da provocados p

o dos desloca

tratada na u seja, a noior da abóba

a do maciço da

do de revestime

central, verpelas elevada

amentos máxim

figura 2.26otória converda.

a central do P

nto de uma cav

rificando-se as tensões ho

mos da centra

, verifica-sergência do m

Picote

verna subterrâne

um levantamorizontais.

al

e de uma maciço a me

ea __

mento

forma eio da


53

o TENSÕES VERIFICADAS NO MACIÇO

TENSÕES MÁXIMAS (COMPRESSÃO)

A profundidade à qual é executada a central, confere ao maciço uma tensão máxima de valores bastante significativos, implicando o aparecimento na primeira fase da escavação elevados valores de tensão.

Verifica-se que quando se procede a abertura das galerias laterais, fase 2, é exercida pelo solo uma tensão de valor próximo de 48 MPa, que irá aumentar para próximo dos 51 MPa quando se proceder à abertura da galeria central. É importante verificar-se que este valor será igual ao valor máximo atingido pelo maciço, indicando que a escavação terá de ser cuidadosa e tendo uma elevada atenção ao faseamento construtivo.

Posteriormente à abertura da galeria central, procede-se a escavação faseada de toda a abóbada, desde a fase 4 ate à fase 8, verificando-se nesta fase uma diminuição das tensões na parte superior da abóbada, e um aumento dos valores na soleira da galeria central, atingindo um valor máximo de 46 MPa, no final da abertura da abóbada. Os valores elevados atingidos na soleira da galeria central localizam-se numa zona que posteriormente será sujeita à escavação.

A fase 9 caracteriza-se pela construção do arco, o que origina uma diminuição das tensões na abóbada, mantendo-se constantes para a restante central.

Após a fase 10 e até se atingir a fase 17, procede-se à escavação de toda a restante caverna. Verifica-se uma tensão de 46 MPa, na base da galeria central, para a fase de construção do arco, diminuindo um pouco até aos 41 MPa quando a escavação atinge a base da galeria central, voltando a subir até aos 51 MPa, quando a escavação atinge a base da central.

Globalmente pode-se concluir que a abertura de galerias no maciço rochoso provoca elevadas tensões, que diminuem à medida que a abertura da abóbada aumenta, e voltando a crescer à medida que a profundidade vai aumentando, o que justifica valores das tensões iniciais próximos dos valores das tensões finais. Constata-se ainda que na zona dos hasteais a tensão máxima andará sempre próxima de zero o que é originado pela forma do arco adoptado, conduzindo a tensões para a parte superior da abóbada e para a base da central como pode constatar-se na figura seguinte.

Análise do com

54

À imagem dOs valores tensões mínmenor traço

o ZON

As zonas deverificar a colapso das

mportamento de

F

do enunciadoverificados s

nimas de 9 Mo de cada cru

F

NAS DE ROTUR

e rotura do msegurança e zonas circun

e uma estruturas

Figura 2.27 _ T

TENSÕES MÍ

o para as tensão muito ba

MPa. De salieuz.

Figura 2.28 _ T

RA DO MACIÇO

maciço, carace garantir qundantes do m

s em abóbada d

Tensões máxim

NIMAS (TRACÇ

nsões máximaixos, o que entar que nes

Tensões mínim

O

cterizam-se pue não ocor

maciço.

de betão armad

mas principais

ÇÃO)

mas, verifica-originaria to

ste caso a dir

mas principais

pela presençarrem deform

do de revestime

s no fim da es

se identicamoda a escavaecção das ten

s no fim da es

a de deformamações muito

nto de uma cav

cavação

mente para asação com vansões mínim

cavação

ações elevado elevadas q

verna subterrâne

s tensões mínalores máxim

mas é indicado

das. A análiseque provoqu

ea __

nimas. mos de o pelo

e deve uem o

____

Assimcorrezona

Analida ab

A zonpoucozonas

A esccom o

Análise do com

m é importanctamente estdo maciço q

isando o fasebóbada centra

na superior o significados de rotura no

cavação da co comprimen

mportamento de

nte verificar stabelecidos,

que entra em

eamento conal, obriga a u

à galeria ceno visto ser nuo maciço ext

central até aonto adoptado

uma estrutura e

se os compriverificando-rotura, pode

nstrutivo, verutilizar um co

Figura 2.

ntral analisauma zona quterior à centr

o término dao na restante

Figura 2.

em abóbada de

imentos das p-se que todaendo assim g

rifica-se que omprimento

.29 _ Zona de

ada apresentaue será posteral.

a abóbada, faabóbada.

.30 _ Zona de

e betão armado

pregagens, qas as pregagearantir a efic

a escavaçãode pregagen

e rotura da fas

a uma possívriormente es

fase 9, indica

e rotura da fas

de revestimento

que suportamens têm um ciência das pr

até à fase 6,ns de 6 m.

e 6

vel rotura doscavada. Ver

a a necessida

e 9

to de uma caver

m o maciço, scomprimentregagens e d

, sensivelme

o maciço, à rifica-se que

ade apenas d

rna subterrânea

55

se encontramto superior àdo suporte.

ente até meio

qual é dadonão existem

de pregagens

a

5

m à

o

o m

s

Análise do com

56

Contudo e arotura nesteao anterior,

A restante verificando-compriment

Globalmentcomprimentfuncionamecolocação emaciço, gar

mportamento de

analisando-se local da abó

aumentando

escavação -se a segurato dos hastea

te pode concto das preg

ento eficaz, em maciço rrante a total e

e uma estruturas

e a totalidadóbada, tornano-as de 6 m p

da central, ança com a ais.

Figura 2.31 _

cluir-se que agens, a segverificando-

resistente coestabilidade d

s em abóbada d

de da escavaçndo-se necespara 9 m.

mostra umacolocação

_ Zona de rotu

quer verificagurança do -se factores

om comprimda caverna d

de betão armad

ção, até a fassário aplicar

a zona conde pregagen

ura final e res

ando os factmaciço é vde seguran

mentos que pda central.

do de revestime

ase 17, verifir pregagens c

stante de rons de 12 m

pectivas preg

tores de seguverificada. Ança superiorepermitem cob

nto de uma cav

ca-se um aucom um com

otura ao londe comprim

agens

urança, querAs pregagenes ao limitebrir toda a z

verna subterrâne

umento da zomprimento su

ngo dos hamento em to

r pela colocans apresentame mínimo. Azona de rotu

ea __

ona de uperior

steais, odo o

ação e m um A sua ura do

____

3.1.

A anácentrabordoCom estrutde decomp

Para elemeautomde ref

Um dangul

Análise do com

ELEMENT

álise da estabal foi efectuaos da qual foexcepção da

tural da geneeformação,

portamento e

o efeito utilentos finitosmaticamente finamentos e

dos principailosos, na viz

mportamento de

TO DE CÁLC

bilidade da aada simuland

oram impedidas zonas exteralidade da embora se

estrutural.

lizou-se o prs. Os elemen

pelo prograespecíficos (v

F

is problemaszinhança dos

uma estrutura e

ULO

abóbada em bdo o compordos os desloctremas este mabóbada. Natenham utili

rograma ANntos utilizadoama tendo-sever figura 3.

Figura 3.1 _ De

s associadosquais se ver

em abóbada de

betão de revrtamento de camentos segmodelo podea prática, coizado eleme

NSYS, que pos são do tipe obtido uma1).

escrição da m

à geometriarificam, gera

e betão armado

AN

vestimento dauma faixa c

gundo a direce considerar-

orresponde à entos tridime

procede a anpo sólido, 18a malha bast

malha adoptada

do modelo lmente, camp

de revestimento

NÁLISE

a zona superom 1 metro cção de desen-se representanálise de u

ensionais pa

álise de estr86 com 20 ntante discrim

a no arco

prende-se copos de tensõ

to de uma caver

ESTRU

rior (tecto) dade desenvol

envolvimentotativo do fun

um arco em eara a simula

ruturas pelo nós. A malh

minada, não n

om a presenções com elev

rna subterrânea

57

3TURAL

a caverna dalvimento noso da caverna.ncionamentoestado planoação do seu

método dosha foi geradanecessitando

ça de pontosado valor. A

a

7

L

a s .

o o u

s a o

s A

Análise do com

58

presença dedeterminar,

A análise ddirecção XXanálise na d(início do aPara uma stangenciais

Com a deteros esforçosverificar as

mportamento de

este problemcom maior f

Figura

dos esforçosX (SX), na ddirecção SX arco), a análisecção corredeterminam

rminação da de corte, acondições d

e uma estrutura

a implica umfiabilidade, o

a 3.2 _ Pormen

s nas secçõedirecção YYé caracterizaise na direcçente normal

m-se a partir d

s tensões noraxiais, e mome segurança

Figura 3.3 _

em abóbada de

ma análise poos valores da

nor dos pontos

es do arco sY (SY). Assimadora das tenção SY, carac

ao eixo dodas compone

rmais e tangementos flectdo arco em b

Exemplo de te

e betão armado

osterior da zas tensões a q

s críticos pres

será executadm verifica-s

nsões normaicteriza corre

o arco (e paentes SX, SY

enciais nas stores que sebetão.

ensões norma

o de revestimen

ona vizinhaque o arco es

sentes no mod

da com recue que para ais aí presenteectamente asaralela ao ei

Y e SXY do te

secções que srão posterio

ais no arco de

to de uma cave

do ponto angstá submetido

delo adoptado

urso à análisa secção de es. Para as se

tensões norxo oz) as teensor das ten

serão alvo dermente utiliz

betão

erna subterrâne

guloso de foo

o

se das tensõfecho (verticecções horizrmais aí prestensões normnsões.

e estudo, obtzados de fo

a ___

orma a

ões na cal), a

zontais sentes. mais e

têm-se rma a

____

3.2.

As prde ob

Assimna eselastise quencon

Por omaciçser efformaanterideforestad

3.3.

3.3.1

3.3.1

No pr[1]) q

Análise do com

PROPRIE

ropriedades dbras.

m o tipo de bspessura do aicidade de 30ue a especifintrados na an

outro lado oço, não podefectuado de a a não se criormente refrmabilidade do aproximad

MODELIZ

. GERAÇÃO

.1. CARACT

resente estudque se sinteti

mportamento de

EDADES DOS

dos materiais

betão a utilizarco. No pre0 GPa e um cficação da clnálise estrutu

os parâmetroendo ser alterforma criterriar ou proceferida, constde 41 GPa,

damente isotr

ZAÇÃO DA ES

O DO MODELO

TERIZAÇÃO TR

do adoptou-siza na figura

Fig

uma estrutura e

S MATERIAIS

s são de elev

zar influenciasente estudocoeficiente dlasse de betãural.

os referentes rados. Anotaiosa a partir eder a um estatou-se esta coeficiente rópico com u

STRUTURA

RANSVERSAL

se a definição3.4.

ura 3.4 _ Geo

em abóbada de

vada importâ

a o dimensioo adoptou-sede Poisson deão pode ser

ao maciço a-se a import

de toda a instudo falacio

ar na presene de Poissonum peso volú

o geométrica

ometria adopta

e betão armado

ância para a a

onamento doum betão da

e 0.25, e umalterada, na

rochoso envtância da fixnformação goso. A partirça de um m

n próximo dúmico de 27

a da abobada

ada para o arc

de revestimento

análise e dim

elemento, ca classe C25peso volúmi

a fase de pr

volvente, sãoação dos valeológica e gr da informa

maciço rochode 0.15, apre

kN/m3.

a constante n

co de betão

to de uma caver

mensionamen

com implicaç5/30, com um

mico de 24 kNrojecto, face

o intrínsecoslores a adoptgeotécnica diação geotécnoso com umesentando o

no Projecto (

rna subterrânea

59

nto deste tipo

ções directasm módulo deN/m3. Anota-

aos valores

s ao própriotar, que deveisponível, deica obtida, e

m módulo demaciço um

(adoptado de

a

9

o

s e -s

o e e e e

m

e


60

A geração do modelo da estrutura em estudo no programa a utilizar constitui um factor de elevada importância pois todas as análises a efectuar terão por base esse modelo que deve ser representativo da estrutura real. Descreve-se no quadro seguinte a forma de geração do modelo de elementos finitos no programa utilizado.

Quadro 3.1 _ Avanço da criação do arco em estudo

Fase 1

Criação de keypoints, procedendo assim ao estabelecimento de pontos estratégicos, para a modelização da estrutura.

Fase 2

Criação de linhas procedentes dos Keypoints, gerando os contornos do arco que fica assim geometricamente definido.


61

3.3.1.2. CARACTERIZAÇÃO LONGITUDINAL

Admitiu-se que longitudinalmente o arco de betão mantém geometria constante. Assinala-se a presença de juntas transversais que visam a redução dos efeitos de retracção, fluência e variações de temperatura.

3.3.2. FUNCIONAMENTO ESTRUTURAL

3.3.2.1. CONCEPÇÃO GERAL

Apesar da existência de juntas transversais ao desenvolvimento da abóbada (e da caverna da central) acima referidos admitiu-se que o comportamento estrutural da abóbada se processa essencialmente entre os hasteais da caverna, sendo adequadamente representado pelo funcionamento dos seus arcos transversais.

Fase 3

Com a intercepção de linhas procedemos a criação de áreas, dentro do contorno definido.

Fase 4

Com a junção de todos as áreas gera-se o elemento de volume representativo do arco a estudar e que foi discretizado em elementos finitos.

Análise do com

62

A criação dsujeitos impcorrecto fun

Na criação presença doformas:

o Atrdectens

o Pelaaplipon

Em relaçãodeslocamenque equivalmaciço.

Quanto ao rigidez do m

A criação dtodas as acçarco de betpresença danteriormencentral, obria presença efectivamen

mportamento de

de um modelplica um estuncionamento

do modeloo maciço roc

avés de forçcorrente do psões internas

a reacção eicadas à abónte rolante, d

o ao primeirntos obtidos nleu a admitir

segundo aspmaciço envol

de um modelções anteriortão e introdudo maciço nte calculadoigando o elemde molas c

nte o maciço

Figura

e uma estrutura

lo que represudo prévio e e a necessár

teve-se emchoso envolv

ças de contacprocesso e fs do maciço;

e suporte quóbada de betdo efeito da fl

o caso assinna simulaçãoa não contri

pecto assinallvente da abó

o capaz de srmente enumuzindo exterirochoso. Aos do maciçomento de becom a rigidexerce no ar

a 3.5 _ Efeito d

em abóbada de

sente correctuma análise

ria representa

m atenção o vente, sendo

cto exercidasfaseamento

ue o maciçotão, como sãfluência e retr

nala-se que o do faseameibuição resist

la-se a necesóbada.

simular o efemeradas passiormente umssim procedo rochoso, dtão a desloca

dez do macirco.

da escavação

e betão armado

tamente as ace de todas asatividade do

aspecto relo esta interac

s pelo maciçconstrutivo

o mobiliza pão os casos racção do be

esta interacçento construttente da abó

ssidade de o

eito do elemesou pela con

m conjunto ddeu-se à apdevido só aoar-se simultaiço envolve

do maciço roc

o de revestimen

cções a ques opções a ad

modelo cria

evante da incção process

ço sobre a suadoptados,

perante as ado peso pró

etão e outros.

ção foi simutivo da escavbada face ao

o modelo pod

ento de betãocepção de u

de molas envplicação nao efeito da eaneamente conte desenvo

choso no mod

to de uma cave

os arcos da doptar de forado.

nteracção dasada, essenc

uperfície exte associadas

acções que prio da abób.

ulada, imponvação da cavos deslocame

der simular

o e de garantm modelo co

volvente ao as molas do

escavação daom o maciçoolve o efeito

delo adoptado

erna subterrâne

abóbada vãorma a se gara

a abóbada ccialmente, de

terior da abós à libertaçã

são directambada, da acç

ndo à abóbaverna da cenentos sofrido

diversos gra

tir a estabilidom a tipologarco, simulaos deslocama parte infero. Verificou-so de suport

o

a ___

o estar antir o

com a e duas

óbada, ão das

mente ção da

ada os ntral, o

s pelo

aus de

dade a gia do ando a mentos ior da se que e que

____

A adisso ase pre

3.4.

3.4.1

As mas resescav

Tendprocearco. a colestrut

Na corigidea umigualm

Um dda rigNa revertic

Análise do com

opção deste acontecesse tetendia execu

DESCRIÇ

. MOLAS

molas adoptadsponsáveis pvação do mac

do como objeeder a sua coVerificando

locação de mtura.

olocação dasez, podendo

m espaçamentmente de 1 m

dos elementogidez das moealização docal, caracteri

mportamento de

modelo imptal significarutar.

ÇÃO DO ELEM

das têm umapela aplicaçãociço rochoso

ectivo represeolocação em to-se que o arcmolas em tod

s molas consvariar de acoto médio de metro.

Figura 3.

os mais impoolas, que dev

o modelo esqizadora do e

uma estrutura e

plicou a veriria que o mod

MENTO DE SU

a função primo da acção m, e são també

entar esquemtodos os locaco se encontda a parte e

siderou-se coordo com os 1 metro, lon

6 _ Exemplo d

ortantes na caverão represquemático aefeito do ma

em abóbada de

ificação de qdelo adoptad

UPORTE

mordial no dmais gravosa ém responsá

maticamente ais em que setra exteriormexterior, crian

omo caracter casos em esngitudinalme

da aplicação d

aracterizaçãosentar correctadoptou-se aaciço rochos

e betão armado

que as molasdo não repres

dimensionamao arco, que

áveis pelo sup

o efeito do me verifique o

mente em totando um “co

ística importstudo. A sua ente e transv

das molas em

o do modelo tamente a rigcolocação d

o na vertica

de revestimento

s não trabalhsentava efica

mento do arcoe são os desloporte eficaz d

maciço rochoo contacto enal contacto clchão de mo

tante a faciliddisposição e

versalmente,

m toda a estrut

adoptado é agidez verificde 2 molas eal, e outra na

to de uma caver

hem à tracçãazmente a sim

o de betão, pocamentos imdo arco em b

oso, é de todontre o maciçocom o maciçoolas” envolv

dade de alteresquemática tendo um c

tura

a caracterizacada no macem cada poa horizontal,

rna subterrânea

63

ão, pois casomulação que

pois são elasmpostos pelabetão.

o importanteo rochoso e oo procede-se

vendo toda a

ração da suacorresponde

comprimento

ação correctaiço rochoso.nto, uma na, igualmente

a

3

o e

s a

e o e a

a e o

a . a e


64

caracterizadora do efeito horizontal do maciço rochoso. O efeito no sentido longitudinal da central é garantido pelas 2 molas anteriores, introduzindo-se uma rigidez infinita e um deslocamento impedido, garantindo assim a correcta caracterização nesse sentido.

As molas adoptadas apresentam uma rigidez vertical muito próxima da horizontal, podendo a sua rigidez variar de acordo com os modelos adoptados e as acções actuantes. A verificação de uma rigidez horizontal próxima da vertical é bastante aceitável, existindo mesmo autores, que indicam a adopção de uma rigidez horizontal igual à rigidez vertical, desprezando assim o acréscimo verificado na rigidez horizontal.

Os valores adoptados para a caracterização do maciço rochoso e utilizados para a determinação da rigidez horizontal e vertical das molas encontram-se descritos em baixo.

= ã (3.1)

= ( ) × × (3.2)

Quadro 3.2 _ Rigidez do maciço na vertical e horizontal

Sentido Es (GPa) ν Is B (m) K's (kN/m)

Vertical 41,00 0,15 1,46 33,00 870563,18

Horizontal 41,00 0,15 2,76 16,50 921030,61

Outro aspecto de bastante importância na adopção deste modelo é a introdução dos deslocamentos provenientes da escavação do maciço rochoso e a respectiva verificação da compressão nas molas. A introdução dos deslocamentos é efectuada na parte oposta da mola que estabelece a ligação mola-arco, originando a compressão das mesmas. Contudo como se verifica uma maior rigidez das molas quando comparado com o arco em betão constata-se que ao impor um deslocamento nas molas o arco sofrerá simultaneamente o mesmo deslocamento. Por outro lado devido à adopção de molas verifica-se a possibilidade de o terreno também sofrer igualmente pequenos deslocamentos devido à rigidez do arco.

____

Deviddiscriquandlongibetãocorredo mdeslopontoparte secçã

Análise do com

do à presençiminação dodo se verificitudinal da ceo, sendo esspondentes a

maciço, deviocamentos osos de aplicaç

inferior e oão de fecho.

mportamento de

Figura

ça de 2 molaos deslocameca a presençaentral é impota continuida esse sentidido à escavs valores apção das molao ponto 23 r

uma estrutura e

3.7 _ Exempl

as, uma em entos para aa de rigidezeortante garandade garantdo. Os deslocvação da ppresentados nas, considerarepresentante

em abóbada de

o esquemátic

cada sentidoambos os sees diferentes

ntir um deslotida pela imcamentos adarte inferiorno Quadro 3ando-se o pote do ponto

e betão armado

co de compres

o, no modeloentidos, sends para amboocamento nulmposição dedoptados são r da centra3.3. Os pontonto 1 a primsuperior da

de revestimento

ssão nas mola

o adoptado, do esta difers os sentidoslo, devido a ce deslocameos verificad

al adoptandotos referencimeira mola abóbada, lo

to de uma caver

as

é necessáriorenciação ms das molas.continuidadeentos nulos dos pela defoo-se como iados no mepresente no

ocalizado no

rna subterrânea

65

o proceder àmais razoável

. No sentidoe do arco em

nas molasormabilidadevalores dos

esmo são osarco na sua

o exterior da

a

5

à l o

m s e s s a a


66

Quadro 3.3 _ Deslocamentos adoptados para o arco

Deslocamentos

Pontos XX YY ZZ

1 2,21E‐02 1,01E‐02 0,00

2 2,21E‐02 7,26E‐03 0,00

3 2,15E‐02 6,12E‐03 0,00

4 2,09E‐02 4,98E‐03 0,00

5 2,03E‐02 3,88E‐03 0,00

6 1,97E‐02 2,78E‐03 0,00

7 1,87E‐02 2,23E‐03 0,00

8 1,77E‐02 1,67E‐03 0,00

9 1,59E‐02 5,86E‐04 0,00

10 1,41E‐02 ‐4,51E‐04 0,00

11 1,24E‐02 ‐1,40E‐03 0,00

12 ‐1,01E‐02 ‐2,32E‐06 0,00

13 ‐8,06E‐03 1,27E‐03 0,00

14 ‐6,55E‐03 2,32E‐03 0,00

15 ‐5,04E‐03 3,42E‐03 0,00

16 ‐4,08E‐03 3,99E‐03 0,00

17 ‐3,57E‐03 4,19E‐03 0,00

18 ‐2,85E‐03 4,37E‐03 0,00

19 ‐2,10E‐03 4,48E‐03 0,00

20 ‐1,59E‐03 4,53E‐03 0,00

21 ‐1,07E‐03 4,53E‐03 0,00

22 ‐5,41E‐04 4,52E‐03 0,00

23 0,00 4,51E‐03 0,00

A introdução dos deslocamentos anteriormente descritos, assim como a verificação do correcto funcionamento do modelo adoptado só é garantido após a verificação do adequado comportamento das molas que deverão estar todas submetidas a esforços de compressão.

Para a verificação do correcto funcionamento das molas efectuaram-se diversas simulações de índole realista. Como exemplo, procedeu-se a um cálculo em que se adoptou uma resistência horizontal nula do maciço rochoso, o que se traduz na introdução de uma rigidez nulas nas molas horizontais que servem de apoio ao arco e utilizando-se como única acção a actuar para este exemplo o efeito do peso próprio. Verificou-se a presença de elevados deslocamentos horizontais, como seria expectável, no sentido exterior à escavação, junto as molas da parte inferior da abóbada, resultantes da rigidez nula dos apoios nesse sentido.

Ao analisar comparativamente os resultados de cálculo onde a rigidez horizontal das molas era nula com a rigidez não nula, para a acção do peso próprio, verifica-se a presença “trocada” do valor máximo de compressão ao localizar-se na parte inferior do arco, ao invés da parte superior como seria expectável (secção de fecho).


67

Figura 3.8 _ Molas de Khorizontal = 0 (esquerda); Molas de Khorizontal máxima (direita)

Assim, e após uma verificação cuidadosa de todas as molas do modelo adoptado verifica-se que a modelação se encontra correcta e que as molas estão a trabalhar todas à compressão conforme o pretendido.

3.5. DESCRIÇÃO DAS ACÇÕES

As acções que são consideradas neste estudo são o peso próprio, os efeitos da fluência e da retracção, que representam os efeitos a longo prazo, as cargas associadas à ponte rolante e os deslocamentos impostos pela escavação do maciço rochoso. O valor destes deslocamentos e a sua forma de aplicação foram já descritos no sub-capítulo anterior (3.4.1. Molas), procedendo-se agora só a descrição das restantes acções.

3.5.1. PESO PRÓPRIO

Uma das acções condicionante nesta estrutura é a presença do peso próprio. Não tendo elevada relevância ao longo de toda a vida da obra, devido á presença de acções exteriores que diminuem o seu efeito, a sua presença é bastante condicionante na fase inicial, transmitindo ao arco em betão, uma deformada oposta à que ele vai estar sujeito ao longo da sua vida útil. Admitindo que para a espessura da abóbada a percentagem de armadura a utilizar será reduzida, admitiu-se para peso específico do betão da abóbada o valor de 24 kN/m3.

Análise do com

68

3.5.2. RET

À imagem duma acção q

A acção davariação de

A determinadmitindo-s

σc=9 (MPa)

C25/30 _ ad

t0=28 dias _

Utilizando aφk e é dado

com

Procedendo

mportamento de

F

TRACÇÃO E FL

da aplicação que se proce

a retracção etemperatura

nação dos efse as hipótese

) _ considera

dopta-se com

_ considera-s

a fórmula dopor:

o previamente

e uma estrutura

Figura 3.9 _ E

LUÊNCIA

do peso próssa em todo

e da fluênciaa com o efeito

feitos da flues abaixo ref

a-se este valo

mo classe de b

se que o betã

o EC2 o valo

φk(∞; te ao cálculo

em abóbada de

Efeito da acção

prio a introdo arco de be

a no modeloo equivalent

uência e daferidas.

or como uma

betão resiste

o só é carreg

or da extensã

εcc = φk(∞;t0) = φ(∞; t0)de (3.4) obteKσ =φk(∞

e betão armado

o do peso pró

dução desta aetão e estando

o adoptado ste.

retracção fo

carga consta

ente o C25/30

gado ao fim d

ão de fluênci

; t0) ×) × e( . ( .

eve-se como933 = 0.2727∞; t0) = 1.99

o de revestimen

prio no arco d

acção não é eo dependente

serão consid

oi efectuada

ante presente

0;

de 28 dias;

ia (εCC) depe

(3.3)

)) (3.4

valor de:

to de uma cave

e betão

efectuada pone do volume

deradas por

com base n

e em todo o e

nde do coefi

4)

erna subterrâne

ntualmente, do mesmo.

aplicação de

no Eurocódi

elemento;

ficiente de flu

a ___

sendo

e uma

igo 2,

uência


69

Obtendo-se:

= 1.99 × 932.55 × 10 = 5.50 × 10

Para proceder à determinação do valor da extensão devido à retracção temos: εcs=εcd+εca (3.5)

, ∞ = ℎ × , 0 (3.6) , ∞ = 2.5(f − 10) × 10 (3.7)

, ∞ = 0.70 × 0.30 × 10 = 2.1 × 10 , ∞ = 2.5(25 − 10) × 10 = 3.75 × 10

Obtendo como valor da retracção o valor de: = 2.1 × 10 + 3.75 × 10 = 2.475 × 10

Verifica-se assim que a extensão devida à fluência e retracção pode atingir, a tempo infinito o valor de: (2.475 + 5.50) × 10 = 7.975 × 10

Considerando para o betão α = 10-5 /ºC, a extensão calculada corresponde a uma diminuição de temperatura Δt = ε/α ≈ 80ºC. Assim esta variação de temperatura negativa de 80ºC foi introduzida no programa de forma a simular o efeito da variação da retracção e da fluência. Anota-se que este procedimento simplificado fornecerá resultados mais gravosos do que os reais.

∆ = (3.8) ∆ = −80°

3.5.3. PONTE ROLANTE

A existência de uma ponte rolante em centrais hidroeléctricas é fundamental, tornando-se muitas vezes condicionante no tipo de geometria transversal das centrais.

No caso em estudo, com caverna em forma de cogumelo, as extremidades inferiores da abóbada funcionarão como vigas de rolamento da ponte rolante. Assim adoptou-se uma posição para a aplicação pontual da ponte rolante que dista aproximadamente 80cm da face interior do hasteal da caverna da central, conforme se ilustra na figura 3.10.

Análise do com

70

A acção incorrespondede apoio e máximo peldo valor tot

Verificandosignificativacomplemenmaciço envo

mportamento de

ntroduzida pente ao levana outra sim

la ponte rolatal da acção e

Fig

o-se que o eas no arco

ntares, no quaolvente.

e uma estrutura

Figura 3.

pela ponte rntamento da

mulação prendante a meio vem cada apoi

gura 3.11 _ Po

efeito da acçde betão a al se simula

em abóbada de

10 _ Posição

rolante será acção máximde-se com ovão, o que cio da estrutur

osição da carg

ção da carganálise a eso efeito da d

e betão armado

da aplicação

á verificada ma efectuadao caso opostorresponde era.

ga em um só

ga proveniensta acção sedegradação l

o de revestimen

da ponte rolan

em duas sa pela ponte rto a este, senesquematicam

apoio do arco

nte da ponte erá realizadaocalizada da

to de uma cave

nte

imulações, srolante juntondo realizadmente a intro

de betão

rolante nãoa no capítulas característi

erna subterrâne

sendo a prio a um único do o levantamodução de m

o provoca telo de verificticas mecânic

a ___

imeira ponto mento

metade

ensões cações cas do

____

3.6.

O estfaseadirectelemearmad

De toverifié maiAnotepara 4

Adopdeslopontedo es

3.6.1

Apósfunciinício

Comorespoposte

Numadesloda ce

Análise do com

CÁLCULO

tudo efectuaamento consttamente comentos caracteduras na abó

odas as acçõicação da segis consistente-se que o d4 secções car

ptaram-se coocamentos ine rolante nãostado de tensã

. PESO PRÓ

s a retirada donamento da

o da obra, sen

o esta acçãoonsável pela eriormente to

a análise aoocamentos coentral.

mportamento de

OS EFECTUA

do baseou-setrutivo da ce

m a estrutura erizadores e

óbada em bet

ões analisadagurança, existe com uma vdimensionamracterísticas

omo acções nduzidos pelo era consideão no arco d

ÓPRIO

do escoramea primeira ando uma acç

o entra em introdução

odas as acçõe

o estado de onfiguram um

Figura 3.12

uma estrutura e

ADOS

e nas proprieentral e do ar

de revestim essenciais tão.

as individualstem algumaverificação d

mento efectuado arco em b

relevantes o maciço e rada pelo face betão.

ento que servacção, o pesoção de carácte

funcionamende esforço

es considerad

tensão e dma deformad

_ Deslocame

em abóbada de

edades do mrco de betão

mento da caveà análise da

lmente, e quas que serão tda segurançaado se baseiabetão, que si

para o dimda retracçãocto de se ver

rviu de apoioo próprio. Eer efectivo a

nto logo aps que origindas simultane

deformação da contrária à

entos verificad

e betão armado

maciço rocho e na análiseerna. O estudas tensões e

ue se podemtratadas post

a do que coma exclusivamimula a abób

ensionamento e fluência,rificar que a

o à realizaçãEste tipo de aao longo de to

ós o desmonam tensõeseamente com

introduzidaà que se obté

dos para a acç

de revestimento

so, recorrende das acçõesdo foi efectuposteriorme

m considerar teriormente, p

m uma situaçmente na dete

ada de reves

to as acções e considerosua presença

ão do arco vacção funciooda a vida da

nte da cofras no estado

m estas.

por esta acém após a es

ção do Peso p

to de uma caver

ndo a vários s e apoios quuado de formente à determ

como essenpois a sua ap

ção de dimenerminação dstimento da c

s do peso pou-se que a a pouco alter

verifica-se aona de forma mesma.

agem, verifiinicial do

cção, verificcavação tota

próprio

rna subterrânea

71

métodos, noue interagem

ma a obter osminação das

nciais para aplicabilidadensionamento.de armadurascaverna.

próprio, dospresença da

ra os valores

a entrada ema isolada no

ica-se que éarco, sendo

a-se que osal da caverna

a

o m s s

a e . s

s a s

m o

é o

s a

Análise do com

72

Observandoque para o de tensões comparadas

Assinala-se acção do peconfiguraçõ

Procedendovariação lintensão normnas faces as

mportamento de

o os valores seu estado inde tracção.

s com as que

que a posiçeso próprio eões opostas d

Figu

o-se agora a unear das tenmal na secçãossume o valo

e uma estrutura

das tensões nicial não exAs tensões d se verificam

ção das secçõe para o efei

de deformada

ura 3.13 _ Ten

uma análise sões normaio de fecho, n

or de 404.5 kP

em abóbada de

e deslocamxiste a necesde compress

m a longo pra

ões em que ito das acçõea.

nsões principa

mais pormenis à espessurna face supePa, bastante

e betão armado

mentos que sessidade de arsão presenteazo.

se verificames a curto pr

ais para a acçã

norizada dasra das secçõerior, inferiorpróximo do

o de revestimen

e encontramrmadura, vers apresentam

m as tensões razo, embora

ão do peso pr

s tensões no ões estudadar e a meia esvalor de 396

to de uma cave

no arco emificando-se m

m-se pouco r

máximas é ca, e conform

óprio (kPa)

arco de betãs. Na figuraspessura. A m6 kPa encontr

erna subterrâne

m betão verifmesmo a ausrelevantes qu

coincidente pme já referido

ão, verifica-sa 3.14 ilustramédia dos v

trado no cálcu

a ___

fica-se sência uando

para a o, com

e uma a-se a

valores ulo.

____

Em rque oenconconcemolas

Para 4 sec

A selsuper

Análise do com

elação à conos valores antrados nos eentração de ts.

se proceder àções caracter

lecção das 4 rior da mesm

mportamento de

Figura 3

ncentração deadoptados paelementos vitensões, no e

Figura 3

às determinarísticas ao lo

secções carama, outra a m

uma estrutura e

3.14 _ Variaçã

e tensões queara o dimensizinhos, ver extradorso d

3.15 _ Valor ad

ações da armongo do arco

acterizou-se meio do arco

em abóbada de

ão de tensões

e se verificasionamento figura 3.15.

da zona infer

doptado e ver

madura (dimen.

pela adopçãoo e a última

e betão armado

s em espessur

m nos “pontresultam de Nesta figura

rior, correspo

ificado para o

nsionamento

o de 3 secçõna base do a

de revestimento

ra no arco (kP

tos angulososuma média

a estão tambondente aos

ponto angulo

o) do arco em

es no arco darco. A 4ª se

to de uma caver

Pa)

s” da estrutua ponderada bém patentes

pontos de a

oso

m betão selec

da abóbada, uecção localiz

rna subterrânea

73

ura, refere-sedos valoresas zonas de

plicação das

ccionaram-se

uma na parteza-se junto à

a

3

e s e s

e

e à

Análise do com

74

base de apoposteriormegravosas no

Para estas registados nsendo distri

3.6.2. DES

Após a escaem abóbadadesde a basde deslocamdeformar-se

mportamento de

oio da ponteente procedeo arco em bet

secções e pno quadro 3ibuídos do po

S

SLOCAMENTOS

avação da paa procede-se e do arco em

mentos na zoe originando

e uma estrutura

e rolante. A er à determintão.

Figura

para esta sim.4. Importa onto 1 ao 4 e

Quadro

ecções\Ponto

S1

S2

S3

S4

S INDUZIDOS

arte superiorde seguida à

m betão até sona superior acréscimos d

em abóbada de

observação enação da so

a 3.16 _ Posiç

mulação obtreferir que é

e do exterior

3.4 _ Tensõe

s 1

-121

-142

-336

-281

PELA ESCAVA

r da caverna à escavação de verificar a do maciço q

de tensão no

e betão armado

e análise doobreposição d

ção das secçõe

tiveram-se oé efectuada para o interi

es nos pontos

2

-99

-250

-316

-360

AÇÃO DO MACI

e da realizada parte infe

a escavação tque comprim

o arco em est

o de revestimen

valor das tedos efeitos

es em estudo

os valores duma leitura or, respectiv

definidos (kPa

3

-34

-394

-288

-445

IÇO

ação do reveerior da centrtotal da centrme o arco deudo.

to de uma cave

ensões nestae determinar

de tensões nde 4 pontos

vamente.

a)

4

-1

-800

-250

-528

stimento da ral. Esta escaral, originande betão, obrig

erna subterrâne

as secções pear as tensões

normais, ems por cada s

sua zona suavação procedo o aparecimigando o me

a ___

ermite s mais

m kPa, secção

uperior ssa-se mento smo a

____

Verifacrésdeslo

No mpresedesloapós

Numainteriverificomp

As tesegurespecrefereda ten

Análise do com

fica-se que acimos de d

ocamentos m

modelo estrutentes até se ocamentos ina presença d

a análise aosior da centricados na paprimindo e le

ensões que rança do arcíficos, tendoente a esta ansão a médio

mportamento de

a escavação deslocamentoáximos do m

tural adoptadverificar o

ntroduzidos odas tensões v

s deslocamenral devido aarte superiorevantando o m

Fi

se verificamrco de betão o resto docção é adicioo prazo.

uma estrutura e

da parte infos até term

maciço e os d

do, esta simudeslocamen

originam umerificadas pa

ntos verifica-ao deslocamr do arco demaciço rocho

igura 3.17 _ D

m para esta ão. As tensõo arco valoreonado a acçã

em abóbada de

ferior da cenminar a escadeslocamento

ulação é efecnto máximo

m acréscimo ara o peso pr

-se que a parmento do ma

e betão sofroso.

Deslocamentos

acção são ões observaes aceitáveisão relativa ao

e betão armado

ntral ocorre avação, atingos máximos a

ctuada introdo do maciçode tensão, Δ

róprio.

rte inferior daciço rochosrem um mov

s impostos pe

as mais coadas apresens e até relatio peso própr

de revestimento

de uma forgindo-se noaplicados ao

duzindo-se do em todo oΔσ, que deve

do arco, vai sso nessa zonvimento par

elo maciço

ndicionantesntam valoresivamente bario, estabelec

to de uma caver

rma contínuao fim da es

arco de betã

deslocamentoo arco de berá ser consi

se deslocar nna, e os dera o exterior

s para a ves elevados,

aixos. O valocendo-se ass

rna subterrânea

75

a originandoscavação osão.

os nas molasbetão. Estesiderado logo

no sentido doeslocamentosr da central,

rificação daem pontos

or de tensãoim um valor

a

5

o s

s s o

o s ,

a s o r

Análise do com

76

Analisando-verifica-se aarco para es

Para os poprocede-se exemplo na

mportamento de

Figura 3.1

-se de uma a presença dsta simulação

F

ntos anguloa uma pond

a figura 3.20)

e uma estrutura

8 _ Tensões p

forma maise uma variaço, pelo que s

Figura 3.19 _

sos aqui veeração dos v).

em abóbada de

principais para

s detalhada ção sensivelme pode adopt

Variação da t

rificados, e valores das te

e betão armado

a a acção do d

e de acordomente lineartar como hip

tensão na esp

à imagem ensões nos p

o de revestimen

deslocamento

o com a form, na evolução

pótese (figura

pessura do arc

do que se rpontos vizinh

to de uma cave

o do maciço (k

ma descrita o das tensõea 3.19).

co (kPa)

realizou parahos aos pont

erna subterrâne

kPa)

no peso pres em espessu

a o peso prtos anguloso

a ___

róprio, ura do

róprio, os (ver

____

Procetensõcoincdesloanteri

Análise do com

edendo-se deões em 4 pocidência das ocamentos doiormente.

mportamento de

Fi

e uma forma ontos nas 4

secções mao maciço, po

Figu

uma estrutura e

gura 3.20 _ V

idêntica à resecções ao

ais gravosas dendo adicio

ura 3.21 _ Loc

em abóbada de

Valor adoptado

ealizada paralongo do aquer para a

onar-se estes

calização das s

e betão armado

o para o ponto

a o peso próparco, tendo-a acção do ps acréscimos

secções no ar

de revestimento

o anguloso

prio, determise nesta detpeso própriode tensões a

rco de betão

to de uma caver

inaram-se osterminação

o quer para aos valores d

rna subterrânea

77

s valores dasverificado aa acção dos

determinados

a

7

s a s s

Análise do com

78

Os acréscim

3.6.3. PES

Após uma apor ambas.

Numa análipela escavatensões presomatório dum aumento

Para as 4 seà espessura,

Os valores encontram-s

mportamento de

mos de tensão

Se

SO PRÓPRIO E

análise indiv

ise aos desloação do maciesentes no adas tensões io das tensões

ecções em es, apresentand

de tensões ose no quadro

e uma estrutura

o obtidos par

Quadro

ecções\Pontos

S1

S2

S3

S4

E DESLOCAME

vidual destas

ocamentos e iço são bastaarco alteraminiciais com s.

Figura 3.22 _

studo verificado-se mais gr

observados po 3.6.

em abóbada de

ra esta acção

3.5 _ Tensõe

s 1

-3172

-100

-4000

-7526

NTO DO MACIÇ

2 acções pro

ao estado dante superiorm-se e verif

o acréscimo

_ Acção do pe

a-se, identicaravosa que a

para esta sim

e betão armado

o encontram-s

es nos pontos

2

-2137

-2431

-7224

-9354

ÇO

ocede-se à a

de tensão, veres aos verififica-se um o devido aos

eso próprio com

amente aos aas estudadas

mulação nas

o de revestimen

se descritos n

definidos (kPa

3

-885

-6728

-9162

-11226

análise do efe

erifica-se quicados para oagravamento

s deslocamen

m os deslocam

anteriores, umisoladamente

4 secções e

to de uma cave

no quadro 3.

a)

4

-28

-16600

-9845

-14311

eito em simu

e os deslocao peso própro, que será ntos do maci

mentos

ma evolução e.

nos 4 ponto

erna subterrâne

.5.

ultâneo prov

amentos indurio. Os valore

introduzidoiço, o que im

linear das te

os de cada s

a ___

vocado

uzidos es das

o pelo mplica

ensões

secção

____

3.6.4

A últacçãocentratransv

O efeanteriinterialgunbetãocontrdo mverifi

Poderdo vada retContusoluçrealid

Análise do com

. FLUÊNCIA

tima das acço da retracçãal esta acçãversal foi con

eito da retraciormente calior da centrans cuidados. o por parte drário, ou seja

modelo adopticado na figu

r-se-ia adoptalor do E, detracção sobrudo, verifica

ção adoptadadade.

mportamento de

Q

Secções

S

S2

S3

S4

A E RETRACÇÃ

ões a ser adão e da fluênão é precavinsiderada na

cção e da flulculada, e qual. Contudo Se por um la

do maciço, aa, o deslocamtado, originanura 3.23.

Figu

tar outra forme forma a simre forma de va-se que os

a anteriormen

uma estrutura e

Quadro 3.6 _ T

s\Pontos

1 -

2

3 -

4 -

O

dicionada ao ncia na estruida com a

a análise do a

uência será inue provocaráa aplicação

ado o efeito da adopção demento da estrndo uma situ

ra 3.23 _ Efeit

ma de procedmular o efeitovariação de t

deslocamennte, o que or

em abóbada de

Tensões nos p

1

-3293 -2

-242 -2

-4336 -7

-7807 -9

modelo adoutura. Se parintrodução

arco em estud

ntroduzido ná deslocame

desta acçãoda fluência ime uma variarutura em reluação não c

to da retracçã

der à modelao da fluênciatemperatura,ntos sofridorigina, como

e betão armado

pontos definid

2 3

236 -91

681 -71

540 -94

714 -116

optado e quera o efeito qde juntas trdo.

no modelo coentos no sento como umamplica a pre

ação de templação ao maconsistente co

ão e fluência is

ação deste efea e posteriorm

implicando s pelo arco

o a anterior,

de revestimento

dos (kPa)

3 4

19 -29

22 -1740

50 -1009

671 -1483

tem um efeque actua noransversais a

omo uma vatido de conva variação dsença de umperatura impciço, provocom a realida

soladamente

eito, que serimente procedassim uma msão esquem

uma situação

to de uma caver

9

00

95

39

eito só a longo sentido lona sua acção

ariação de temvergir a estrude temperatu

ma compressãplica no modcando tracçõeade. Este efe

ia proceder àder à aplicaçmodelação mmaticamente ão não consis

rna subterrânea

79

go prazo é angitudinal da no sentido

mperatura jáutura para o

ura, requereuão no arco dedelo o efeitoes nas molaseito pode ser

à diminuiçãoção do efeitomais realista.

idênticos àstente com a

a

9

a a o

á o u e o s r

o o . à a

Análise do com

80

Assim, e atefeito a apliassim esforç

3.6.5. PES

No estudo dsimultâneo arco a existverificar-se compressãobeneficamen

Contudo a modelo adotemperaturaindica que aonde se veresforços de

Para uma apresença umsujeitas a uObteve-se e

mportamento de

tendendo ao icação em siços mais real

SO PRÓPRIO, D

das 3 acções tende a redutência de umlocais de el

o. Verifica-snte no arco e

actuação da optado requea, elevada, coa estrutura terifica a presetracção aplic

análise que rma temperatuuma maior trentão para es

e uma estrutura

efeito a queimultâneo delistas para o

DESLOCAMEN

isoladas veruzir. Assim pm efeito quelevadas tensõse assim quem estudo.

temperaturaer uma análiom as restantende-se a moença de tracçcadas pelas m

Figura 3

retrate efectiura tão elevaracção, verifte método re

em abóbada de

e esta acção e todas as acarco de betã

TO E FLUÊNC

ifica-se a ocopara o estudoe tende a suaões de compue o efeito

a, de 80ºC, dse cuidadosates acções, in

over para o inções nos pontmesmas.

3.24 _ Efeito d

ivamente o qda, procedeuficando-se coealista como

e betão armado

configura, acção que inteão.

IA E RETRACÇ

orrência de eo destas 3 acavizar os es

pressão a sereda retracçã

de forma a ra, pois verifintroduz nas mnterior. Esta

ntos de aplica

das 3 acções

que se verifiu-se à desactonstantemenvalor das ten

o de revestimen

adoptou-se coervêm a long

ÇÃO

efeitos que a ções em sim

sforços aí obem reduzido

ão e da flu

retratar o efefica-se que amolas do moanálise pode

ação das mol

em simultâne

fica no arco tivação gradunte o efeito qnsões as veri

to de uma cave

omo forma dgo prazo na

consideraçãmultâneo veribservados, paos para valoruência, a lon

eito da retracpresença si

odelo adoptae ser constatalas, correspo

o

de betão quual das molasque tal provficadas na fi

erna subterrâne

de consideraestrutura, ob

ão das 3 acçõifica-se, em tassando mes

res de muito ngo prazo,

cção e fluêncimplesmenteado tracções, ada na figuraondendo assi

uando este eas que se verivoca nas restigura 3.25.

a ___

ar este btendo

ões em todo o smo a baixa actua

cia no desta o que

a 3.24, m aos

stá na ificam tantes.

____

Numaimplitempe

Contudeslofigura

Numada ce

Análise do com

Fig

a análise maica tensões eratura adop

udo, um dosocamentos ea3.26.

a análise da entral, passa

mportamento de

gura 3.25 _ Ef

ais pormenode compres

ptada anterior

s principais excessivos q

Figura 3.26 _

figura 3.26,ando mesmo

uma estrutura e

feito das 3 acç

orizada da fissão em todrmente.

problemas qque o mode

Deslocament

verifica-se qo, junto a se

em abóbada de

ções em simul

igura 3.25, vdo o arco, o

que derivam elo verifica

tos para a sim

que todo o aecção de fec

e betão armado

ltâneo para a

verifica-se qoriginando,

desta anális. Podem-se

mulação da des

arco em betãcho (tecto)

de revestimento

desactivação

ue para estaassim, uma

se prende-severificar e

sactivação da

ão se deslocodeslocando-s

to de uma caver

das molas

a desactivaçãa correcta si

e com a conestes desloc

as molas

ou no sentidose da parte

rna subterrânea

81

ão de molasimulação da

statação doscamentos na

o do interiorsuperior da

a

s a

s a

r a

Análise do com

82

posição inicmesma, obt

Numa análiverifica-se qse não, conprovocado iconstata paracção poder

Assim, e codo maciço rretracção doo que indicdemasiado cdo instante deformada c

Como formuma tendênretracção domenos gravcomo acçãoos esforços

mportamento de

cial (quandoendo-se assim

ise aos deslocque a utilizanstata-se queisoladamentera elementosrá não fazer s

omo forma derochoso, obto betão ao loca que a simconservadoraque a estru

com os valor

ma de análise ncia em aligo mesmo. Ve

voso e menoso para simuladaí decorren

e uma estrutura

o na presençm elevados d

camentos e mação de uma e a partir de pela fluêncs sujeitos a csentido ser c

e análise, vetendo-se um ongo de toda mulação da a. Contudo vutura tenderires anteriorm

Figura 3.

global ao efgeirar substaerificando-ses realista, quear o efeito dntes.

em abóbada de

a só dos desdeslocamento

movimentos temperaturao instante qcia poderá nãcompressão, onsiderada a

rificou-se pavalor de 40ºa vida do arcfluência e averifica-se quia a separar-

mente verifica

27 _ Efeito da

feito da retracancialmente e, assim, quee a adopção da retracção e

e betão armado

slocamentosos.

que o arco ta tão elevadaque o arco são fazer sentestando o ar

a partir desse

ara que tempºC (figura 3co de betão, a adopção due o efeito d-se do maciados.

a acção da tem

cção e fluêncas tensões

e a adopção de uma tempe fluência um

o de revestimen

e peso próp

tenderá a sofra poderá ser se começa atido, dado qurco então sepe instante.

peratura o arc.27). Note-sebastaria util

de uma tempda fluência reiço, e que n

mperatura a 4

cia no modelno arco emdo efeito pa

peratura de 4ma temperatu

to de uma cave

prio), para a

frer durante aexcessivamea separar doue a presençparado do ma

co em betão e que para siizar uma tem

peratura tão eduziria drasnão se conse

0ºC

lo adoptado,estudo, dev

ra uma temp40ºC. Tendo-ura de 40ºC,

erna subterrâne

a parte infer

a vida útil daente conservo maciço o ça da mesmaaciço rochos

tende a sepaimular o efe

mperatura de elevada pod

sticamente a eguiria obter

, verifica-se evido ao efeiperatura de 8-se então ado, e adoptado

a ___

ior da

a obra, adora, efeito

a só se so esta

arar-se eito da

24ºC, de ser partir

r uma

existir ito de 80ºC é optado

todos

____

Numaalturaanguleleva

Para se a elongo

Comointrodcondiefeito

Análise do com

a análise maa, como o losos não sã

ados.

a verificaçãoexistência deo prazo. Pode

o forma de duzem isolaicionante não isolado da r

mportamento de

ais cuidadosaanteriormentão problemát

Figura 3.2

o das 4 secçõe um aligeirae-se verificar

Q

Secções

S

S

S

S

verificação adamente não pode ser cretracção e d

uma estrutura e

a a este modete verificadoticos pois nã

28 _ Variação

ões em estudoamento das sr o valor das

Quadro 3.7 _ T

s\Pontos

1 -

2 -

3 -

4 -

isolada poda estrutura.considerado

da fluência os

em abóbada de

elo constata-so para as rão se verific

de tensões e

o obteve-se osecções em e tensões para

Tensões nos p

1

1225 -7

-512 -8

-197 -5

-625 -9

de-se determ Anote-se, isoladament

s valores des

e betão armado

se que as tenrestantes acçca a presenç

m espessura

os valores daestudo devida esta combin

pontos definid

2 3

714 -43

817 -22

578 -15

914 -13

inar qual o que este

te. Obteve-sscritos no qu

de revestimento

nsões variam ções. E que ça de valore

e ponto angul

as tensões endo ao efeito dnação no qua

dos (kPa)

3 4

33 -178

13 -4000

94 -2233

22 -1487

efeito que aefeito mesme como valoadro 3.8.

to de uma caver

m de uma forme neste casoes de compre

loso

numerados e da retracção adro 3.7.

8

0

3

7

a retracção mo que apores das ten

rna subterrânea

83

ma linear emo, os pontosessão, muito

verificando-e fluência a

e a fluênciaparentementesões, para o

a

3

m s o

-a

a e o


84

Quadro 3.8 _ Tensões nos pontos definidos (kPa)

Secções\Pontos 1 2 3 4

S1 2068 1522 486 -149

S2 -270 1864 4909 13400

S3 4139 6962 7856 7862

S4 7182 8800 10349 13352

3.6.6. DEFINIÇÃO DAS COMBINAÇÕES MAIS GRAVOSAS E DIMENSIONAMENTO

3.6.6.1. DEFINIÇÃO DAS COMBINAÇÕES MAIS GRAVOSAS

Após a análise anterior, onde se procedeu ao estudo das acções que actuam ao longo da vida do arco em betão, quer de uma forma mais isolada, quer com as combinações entre as acções que ocorrem simultaneamente, verifica-se que o efeito mais gravoso numa análise global é verificado para a combinação que contempla o efeito do peso próprio e dos deslocamentos do maciço, tendo com compressão máxima o valor de 17400 kPa. Por outro lado torna-se igualmente importante analisar a secção que apresenta uma maior discrepância entre tensão máxima e tensão mínima, constatando-se que esta localiza-se na combinação anterior e apresenta como valor máximo o valor de 17400 kPa à compressão e como valor mínimo o valor de 242 kPa igualmente à compressão.

Estas discrepâncias podem ser constatadas no quadro 3.9, onde se verificam as tensões limites para os pontos máximos e mínimos em cada secção, os valores para as análises individuais das acções. É de ressalvar que o efeito da retracção e fluência não pode ser considerado isoladamente, dado em nenhum momento da vida da caverna se verificar a actuação isolada desta acção, e que o seu efeito foi obtido considerando a actuação de todas as acções em simultâneo e posteriormente o desconto do efeito das restantes acções. Para os efeitos combinados entre as diversas acções, contempla-se na combinação 1 as acções do peso próprio e os deslocamentos do maciço e na combinação 2 a presença das 3 acções estudadas, tendo assim o efeito do peso próprio, dos deslocamentos do maciço e da retracção e fluência.

Quadro 3.9 _ Quadro resumo das tensões normais nas secções em estudo (kPa)

Peso próprio Deslocamentos

Retracção e Fluência

Combinação 1 Combinação 2

Secções P1 P4 P1 P4 P1 P4 P1 P4 P1 P4

S1 -121 -1 -3172 -28 2068 -149 -3293 -29 -1225 -178

S2 -142 -800 -100 -16600 -270 13400 -242 -17400 -512 -4000

S3 -336 -250 -4000 -9845 4139 7862 -4336 -10095 -197 -2233

S4 -281 -528 -7526 -14311 7182 13352 -7807 -14839 -625 -1487

Assim e após uma análise aos valores indicados pelo quadro 3.9 procede-se à selecção para cada secção dos 2 casos mais gravosos, verificados anteriormente. Esta selecção visa respeitar 2 regras essenciais para o dimensionamento, sendo a selecção efectuada para os casos que apresentam uma


85

maior discrepância entre os valores máximos e mínimos, originando assim o maior momento flector presente no arco, e os que apresentam o maior valor de tensão. Como na maior parte das secções não se verifica a simultaneidade destes 2 pressupostos, efectuou-se a selecção dos 2 casos mais gravosos por cada secção.

Obteve-se como tensões de dimensionamento os valores descritos no quadro 3.10.

Quadro 3.10 _ Valores das tensões (kPa)

Caso 1 Caso 2

Secções P1 P4 P1 P2

S1 -3293 -29 -3172 -28

S2 -242 -17400 -100 -16600

S3 -4336 10095 -4000 -9845

S4 -7807 -14839 -7526 -14311

Posteriormente à verificação dos valores das tensões normais presentes em todo o arco de betão, que efectivamente se verificam como o efeito mais gravoso, procede-se à determinação dos intervalos das tensões tangenciais de forma a garantir a estabilidade e segurança aos esforços de corte a que o arco estará submetido.

Procede-se à análise das tensões tangenciais de todas as combinações nas secções em estudo, e à realização de um quadro resumo que contempla os valores máximos e mínimos, encontrando-se descritos no quadro 3.11 os respectivos valores.

Quadro 3.11 _ Quadro resumo das tensões tangenciais nas secções em estudo (kPa)

Peso próprio DeslocamentosRetracção e

Fluência Combinação 1 Combinação 2

Secções P1 P4 P1 P4 P1 P4 P1 P4 P1 P4

S1 -49 0 1787 -97 -774 98 1738 -97 964 1

S2 -51 -259 1039 -1792 163 494 988 -2051 1151 -1557

S3 -184 -88 -538 -5509 3071 3877 -722 -5597 2349 -1720

S4 -0,7 -0,7 -6 33 -43 -29 -7 32 -50 3

É importante ainda referir que outros efeitos, presentes em muitas outras obras de betão, como a torção e os efeitos de 2ª ordem entre outros, têm efeitos negligenciáveis neste tipo de estruturas devido ao comportamento induzido pelo maciço rochoso envolvente.

3.6.6.2. DETERMINAÇÃO DA ARMADURA

Tendo-se considerado por cada secção os dois casos mais gravosos, anteriormente analisados, procede-se de seguida à obtenção dos esforços de dimensionamento, para os 8 casos em estudo, nomeadamente à determinação do esforço axial e do momento flector, para se efectuar o dimensionamento em flexão composta.


86

Sabendo-se para todas as acções os valores das tensões normais, e recorrendo à formula da tensão para a flexão composta, obtêm-se os esforços do momento flector e do esforço axial.

(média) = ( ) ( ) (3.9) = σ( é ) × Á (3.10)

(sup) = ± y (3.11)

Com base nas formulações anteriores obtêm-se como resultados os valores presentes no quadro 3.12.

Quadro 3.12 _ Esforços axiais e momentos flectores

Secções H Inércia Ya Área σsup (p1) σinf (P4) σméd N (axial) M (σsup)

Cas

o 1

S1 3,25 2,86 1,63 3,25 3293 29 1661 5398 2873

S2 2,55 1,38 1,28 2,55 242 17400 8821 22493 -9297

S3 1,50 0,28 0,75 1,50 4336 10095 7216 10823 -1079

S4 1,00 0,08 0,50 1,00 7807 14839 11323 11323 -586

Cas

o 2

S1 3,25 2,86 1,63 3,25 3172 28 1600 5200 2767

S2 2,55 1,38 1,28 2,55 100 16600 8350 21292 -8940

S3 1,50 0,28 0,75 1,50 4000 9845 6923 10383 -1095

S4 1,00 0,08 0,50 1,00 7526 14311 10919 10918 -565

Com os valores dos esforços, momento flector e esforço axial, determinou-se as quantidades de armaduras necessárias para a verificação da segurança, tendo-se para tal recorrido às tabelas de betão armado de forma a simplificar e facilitar o cálculo das armaduras, e utilizando como materiais um betão da classe C25/30 e um aço da classe S500, obtendo-se assim, a quantidade de aço descrita no quadro 3.13.

Quadro 3.13 _ Quantidade de aço necessário

Betão Aço A'/A M N μ ν ω As A A’

Cas

o 1

S1 16666,67 435000 1 2873 5398 0,016 0,100 0,000 0,00 0,00 0,00

S2 16666,67 435000 1 9297 22493 0,086 0,529 0,000 0,00 0,00 0,00

S3 16666,67 435000 1 1079 10823 0,029 0,433 0,000 0,00 0,00 0,00

S4 16666,67 435000 1 586 11323 0,035 0,679 0,000 0,00 0,00 0,00

Cas

o 2

S1 16666,67 435000 1 2767 5200 0,016 0,096 0,000 0,00 0,00 0,00

S2 16666,67 435000 1 8940 21292 0,083 0,501 0,000 0,00 0,00 0,00

S3 16666,67 435000 1 1095 10383 0,029 0,415 0,000 0,00 0,00 0,00

S4 16666,67 435000 1 565 10918 0,034 0,655 0,000 0,00 0,00 0,00


87

Posteriormente à determinação das respectivas armaduras necessárias à garantia da estabilidade, procede-se à determinação/verificação das armaduras mínimas exigidas para o arco em estudo. Após a adopção das armaduras longitudinais para o arco em estudo, procede-se à determinação das armaduras de distribuição, tendo estas no mínimo, 1/5 da armadura longitudinal adoptada. Obteve-se assim para o arco em estudo as armaduras enumeradas no quadro 3.14.

Quadro 3.14 _ Armadura adoptada e armadura de distribuição

Secção As (esforço) φ 25 As (mínimo) φ 25 As (adoptado) φ 25 As (distrib)

Cas

o 1

S1 As (mínima) 8,05 φ 25//0,10 φ 25//0,10 φ 10//0,30

S2 As (mínima) 6,32 φ 25//0,15 φ 25//0,15 φ 10//0,30

S3 As (mínima) 3,72 φ 25//0,25 φ 25//0,25 φ 10//0,30

S4 As (mínima) 2,48 φ 25//0,30 φ 25//0,30 φ 10//0,30

Cas

o 2

S1 As (mínima) 8,05 φ 25//0,1 φ 25//0,10 φ 10//0,30

S2 As (mínima) 6,32 φ 25//0,15 φ 25//0,15 φ 10//0,30

S3 As (mínima) 3,72 φ 25//0,25 φ 25//0,25 φ 10//0,30

S4 As (mínima) 2,48 φ 25//0,30 φ 25//0,30 φ 10//0,30

3.6.6.3. VERIFICAÇÃO AO ESFORÇO TRANSVERSO

A partir dos valores das tensões tangenciais, calculados anteriormente, e das espessuras do arco de betão podem obter-se os valores dos esforços transversos presentes no mesmo.

Anote que se constata a presença de valores dos esforços de corte com valores negativos e positivos, identicamente aos valores das tensões normais, indicando este o sentido para o qual se direcciona o esforço transverso, podendo-se, no entanto, para efeito de verificação assumir estes valores como absolutos.

Quadro 3.15 _ Valor do esforço de corte presente nas secções (kN)

Secções Peso próprio DeslocamentosRetracção e

fluência Combinação 1 Combinação 2

S1 -2,25 86,60 -40,08 84,35 44,27

S2 10,53 143,37 -16,76 153,91 137,14

S3 2,52 -130,60 21,18 -128,08 -106,91

S4 0,00 2,76 0,99 2,76 3,76

Após a determinação dos valores dos esforços transversos do arco em betão deve-se garantir que o mesmo garante a estabilidade aos esforços em estudo sem o recuso à utilização de armadura transversal. Utilizando o método do Eurocódigo 2, que nos permite a verificação ao corte sem utilização de armadura transversal verifica-se a estabilidade do arco.


88

Quadro 3.16 _ Quadro da resistência transversal nas 4 secções

Secções Crd d(mm) K Ρl fck bw (mm) Vrd,c (kN)

S1 0,12 2925 1,26 0,0015 25 1000 687,91

S2 0,12 2295 1,30 0,0015 25 1000 554,17

S3 0,12 1350 1,38 0,0015 25 1000 348,56

S4 0,12 900 1,47 0,0015 25 1000 246,89

3.6.7. ANÁLISE GLOBAL

Procedendo-se de uma forma global à análise do arco em betão, verifica-se a segurança em relação ao esforço transverso, sem para tal recorrer a utilização de armadura transversal.

Para o dimensionamento das armaduras longitudinais e de distribuição, verifica-se a adopção de armaduras com o mesmo tipo de diâmetro, só variando a quantidade e consequentemente o espaçamento entre as mesmas, ficando assim garantida a segurança em relação aos cenários de acções considerados.

3.7. VERIFICAÇÕES COMPLEMENTARES

Neste capítulo é abordado o comportamento do arco representativo da abóbada da caverna para acções não condicionantes do seu dimensionamento, pelo que os correspondentes cálculos se assumem como cálculos de verificação.

3.7.1. DESCRIÇÃO DAS ACÇÕES A UTILIZAR

3.7.1.1. PONTE ROLANTE

A adopção da acção da ponte rolante como acção de verificação e não como acção de dimensionamento é um pouco discutível. Se por um lado a presença da ponte rolante em toda a vida útil do arco em betão e com um esforço que não pode ser considerado desprezável constitui um factor que poderia ser contabilizado no dimensionamento, a sua localização proporciona que as forças actuantes se encaminhem directamente para o maciço rochoso. Verifica-se igualmente que para a presença do esforço provocado pela ponte em um só lado do arco, é garantida a dispensa de verificação, tornando o esforço provocado pelo arco repartido por ambos os apoios insignificante.


89

Figura 3.29 _ Esforços provenientes dos 2 tipos de apoio da ponte rolante

Verifica-se que a sua acção só se torna relevante quando se alteram as propriedades do maciço rochoso, derivando de uma escavação pouco cuidadosa. Assim procedeu-se à verificação da estabilidade do arco para a ponte rolante considerando um maciço rochoso que serve de apoio ao arco de betão bastante fracturado, provocando a diminuição da sua resistência.

Podendo esta situação ser plausível de ocorrer constata-se que o comportamento do arco é perfeitamente aceitável para diversos valores da rigidez do maciço, neste caso particular, para valores adoptados de 1/5 da resistência máxima.

Figura 3.30 _ Tensões para 1/5 da deformabilidade máxima do maciço

3.7.1.2. INJECÇÃO DE CALDA

Embora todas as etapas para a execução do arco de betão, se efectuem com o devido cuidado a probabilidade de ocorrerem deficiências na injecção da calda que estabelece a ligação entre o arco de betão e o maciço rochoso, existe. Assim a estabilidade do elemento para essa situação deve ser garantida.


90

Na aplicação ao modelo adoptado procedeu-se à remoção dos elementos que estabelecem o suporte nos pontos onde se pretende verificar a falta de injecção da calda. Assim simulou-se uma deficiência de injecção de calda em 3 zonas que visam abranger todas as possíveis ocorrências, uma para a parte superior do arco em betão, outra para a parte lateral do mesmo, e num caso mais esporádico efectuou-se a verificação para o caso de injecção insuficiente para ambas as partes laterais da abóbada em simultâneo.

Figura 3.31 _ Tensões e deslocamentos para a injecção de calda

3.7.2. ANÁLISE DE RESULTADOS

3.7.2.1. PONTE ROLANTE

A aplicação da ponte rolante, logo após a construção do arco, pressupõe a correcta caracterização do estado do maciço para a zona de aplicação da ponte rolante, conhecendo-se o estado de rigidez do maciço rochoso para essa zona.

Assim para a caracterização deste tipo de esforços procede-se a análise de 2 cenários, sendo o primeiro caracterizado pela distribuição do esforço da ponte rolante por um ou os dois lados de apoio, e verificando-se um maciço rochoso com a sua perfeita rigidez. O segundo cenário implica a verificação para o esforço todo concentrado num único ponto de apoio, variando a rigidez do maciço rochoso.

No primeiro cenário, observa-se que para ambos os casos em estudo os deslocamentos obtidos pela acção são insignificantes podendo desprezar-se o seu efeito. Isto verifica-se mais fortemente no caso em que a carga é repartida igualmente por ambos os apoios da ponte rolante, do que para o caso em que a aplicação se observa só de um lado.

A análise que foi efectuada para os deslocamentos aplica-se também às tensões presentes no arco. Assim verifica-se que para a situação que procede à divisão do valor da carga por ambos os apoios, as tensões actuantes podem ser desprezáveis. Por outro lado o valor da tensão que é aplicado só numa extremidade, já se considera considerável. Contudo verifica-se que todo o restante arco não sofre alterações significativas pela presença da ponte rolante, e que o ponto de aplicação da carga sofre tensões que tendem a convergir para o efeito das restantes acções. Assim a acção introduzida pela ponte rolante, não cria efeitos significativamente desfavoráveis à estrutura.

____

Comodimenrolando peefeitode unvalor

Para prenda divi

Esta rigiderigidebastavalor

Análise do com

o forma de vnsionamento

nte aplicada seso próprio, o da fluêncianiformizaçãores idênticos

a análise dode-se com a visão da carga

verificação ezes adoptadez 1/5 do va

ante decompor de deformaç

mportamento de

Figura 3.32 _

verificar a seo, nas 4 secçõsó em um ladda ponte rol

a e da retracço de tensões,em todos os

Quad

Secções

S

S

S

S

segundo cenverificação aa em dois po

efectua-se pdas de caráclor adoptadoosto, com o oção elevado.

uma estrutura e

_ Tensões no

egurança procões então estdo. As tensõlante e dos dção não é con desfavorecepontos inclu

dro 3.17 _ Ten

s\Pontos

S1 -

S2

S3 -

S4 -

nário, a adopanterior, consntos de apoio

para adopçãocter discutívo inicialmentobjectivo de

em abóbada de

o arco para o e

cedeu-se à dtudadas e emes que estão

deslocamentontabilizada pendo a graviusive no loca

nsões verificad

1

-3606 -2

58 -2

-5616 -7

-7536 -9

pção de um sistindo este o.

o de 2 modvel, e tendo te. Esta hipóe se verificar

e betão armado

efeito da ponte

determinaçãom 4 pontos d presentes ne

os. A variaçãporque impliidade da acçal de apoio da

das nas secçõ

2 3

381 -92

874 -66

820 -897

500 -102

só ponto de num estado

delos de rigia primeira tese caracteras tensões o

de revestimento

e rolante de um

dos valores e cada secçãesta verificação da temperca na secçãoão. Verifica-a ponte rolan

ões definidas

4

25 -10

14 -1334

70 -9615

250 -1389

aplicação domais gravos

idez de macsimulação u

riza-se pela socorrentes no

to de uma caver

m lado

s de tensão, àão, para a acçção contempratura correso mais gravo-se que o arcnte.

46

5

90

o efeito da pso para esta a

ciços distintoutilizado comsimulação deo arco em be

rna subterrânea

91

à imagem doção da ponteplam o efeitospondente aosa um efeitoco apresenta

ponte rolanteacção do que

os, sendo asmo valor dee um maciçoetão para um

a

o e o o o a

e e

s e o

m

Análise do com

92

Com a adodeslocamenarco em betpresença da

As tensõessignificativapara a actuaelevada no destes esfortensões no a

mportamento de

opção deste ntos impostotão. Verificana acção da po

Figura 3.3

s que se veas, embora teação das rest

maciço rocrços juntamearco não preo

e uma estrutura

valor para s pela escavndo-se na figonte rolante.

33 _ Deslocam

erificam no enham comotantes acçõeshoso provocente com a pocupantes pa

Figura 3.34 _

em abóbada de

a rigidez dvação, derivagura 3.32 um

mentos para um

arco de bo principal as. Assim e seca esforços qpresença dasara a estabilid

_ Tensões prin

e betão armado

do maciço rando de uma

m menor deslo

ma rigidez de

betão em esacção a presee de uma forque devem s acções antedade do mes

ncipais para 1/

o de revestimen

rochoso, vera menor capaocamento jun

1/5 do norma

studo para ença de esforrma isolada aser levados eriormente dmo.

/5 da rigidez m

to de uma cave

rifica-se umaacidade do mnto ao apoio

al no apoio dire

esta simularços contrária presença deem conside

descritas, lev

máxima

erna subterrâne

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eito

ação são baios aos verifi

de uma degraeração, a prevam à presen

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o dos ocar o ifica a

astante icados adação esença nça de


93

Numa análise às 4 secções em estudo verifica-se que de uma forma global o arco apenas sofre alterações na zona onde se considerou a alteração do maciço rochoso (secção S4), alterando as tensões aí representadas. No restante elemento apenas se verifica umas pequenas alterações dos seus valores. Pode-se constatar a presença destas alterações no quadro 3.18.

Quadro 3.18 _ Tensões verificadas para a acção em estudo

Secções\Pontos 1 2 3 4

S1 -2999 -1847 -896 -200

S2 -92 -1774 -3736 -5412

S3 -2267 -5520 -8375 -9597

S4 -7903 -8950 -11120 -13675

3.7.2.2. INJECÇÃO DE CALDA

Procedeu-se à realização de 3 simulações correspondentes à deficiência da aplicação da calda, uma no topo do arco de betão, outra na parte lateral do arco, e a terceira considerando má injecção da calda em 2 zonas em simultâneo da envolvente, uma em cada lado do arco.

Para as 3 análises verifica-se que por cada troço do arco que apresenta uma deficiência na injecção da calda, o arco tende a deslocar-se até se verificar o contacto entre o arco e o maciço rochoso.

Figura 3.35 _ Deslocamentos obtidos para as diversas posições da acção

O estudo da deficiente injecção de calda em diversos locais da envolvente do arco levou à conclusão que o seu efeito é igual, independentemente do local da aplicação da mesma, ou seja, verifica-se que as tensões embora com valores ligeiramente diferentes e dependentes do volume de calda que não foi injectado, apresentam sempre o mesmo modelo de tensões, apresentando compressões na delimitação entre a presença de calda injectável e a zona onde não se verifica a mesma e a presença de tracções na

Análise do com

94

parte exteridestes locai

Para se proctensões, nasda estabilidconstantes d

Note-se queindica a máinjecção de

mportamento de

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Fig

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Caso 1

Caso 2

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Quadro 3.1

Secções\Po

S1

S2

S3

S4

S1

S2

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S4

S1

S2

S3

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em abóbada de

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107

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-94

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12

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-389

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9

-745

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2

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25 -6226

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02 -2034

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95 -2033

2100

-3178

53 -8542

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. Pode verif

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em estudo pombinações plemento par

calda no top arco e por o.

ulações em es

3

-888

-8093

-5509

-12210

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-6120

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-10007

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o da calda

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po do arco efim o caso 3

studo

4

1

-13540

-4059

-20100

26

-11306

-15420

-11780

2

-11293

-15970

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erna subterrâne

lmente a pre

determinaçãssim para o eulações os v

em betão, o c3 representa

a ___

esença

ão das estudo

valores

caso 2 a a má


95

Numa análise a estes valores verifica-se a presença de valores elevados, contudo constata-se igualmente deslocamentos bastantes superiores à distância entre o arco em betão e o maciço rochoso, indicando que estas tensões são bastantes conservadoras.

3.7.3. VERIFICAÇÃO DOS ESFORÇOS

Após um estudo individual das acções anteriormente descritas, e uma análise de todos os factores condicionantes da estrutura, procedeu-se à verificação da estabilidade para as mesmas.

Com os esforços retirados em zonas coincidentes, quer para as acções admitidas para o dimensionamento, quer para as acções admitidas na análise à verificação torna-se simples a comparação dos resultados para as diversas acções e a verificação da estabilidade do arco de betão. Note-se que o dimensionamento da armadura foi efectuado para uma presença igual de armadura em ambas as faces do arco, implicando assim que a troca de tensões efectuada por algumas acções se encontra igualmente contemplada.

Nas verificações complementares da segurança do arco, e posteriormente de todos os esforços procedentes das acções consideradas, procedeu-se à comparação destas tensões com as tensões obtidas para as acções condicionantes do dimensionamento, verificando-se que em quase todas as secções é garantida a estabilidade, não sendo necessário alterar a quantidade de aço. Verifica-se assim que caso ocorra o efeito destas acções o arco de betão facilmente suporta o seu aparecimento.

Para as simulações realizadas para a má colocação de calda em torno do elemento de betão, verifica-se a presença de tensões superiores às adoptadas para dimensionamento, nas secções coincidentes com os locais onde se verifica a ausência de calda. Estes valores são pontuais e localizados no limite interior de compressão, junto à interface da presença de calda com a má injecção da mesma e não apresentando um aumento muito significativo. Verificando-se que a resistência da armadura não se encontra introduzida na resistência adoptada e que estes valores se obtêm para deslocamentos que na realidade não se observam, devido à presença do maciço rochoso a uma distância inferior à verificada para os deslocamentos do arco, pode-se concluir que a estabilidade é garantida para esta simulação.


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4 CONSIDERAÇÕES FINAIS

No presente trabalho pretendeu-se efectuar uma análise ao comportamento estrutural da abóbada de revestimento da zona superior da caverna da central hidroeléctrica de Picote II. Para tal procedeu-se a uma análise dos elementos geotécnicos condicionantes e posteriormente à análise estrutural do arco que simula o comportamento da abóbada.

Na análise geotécnica efectuada torna-se importante realçar a existência de aspectos que se tornam fundamentais para a posterior análise estrutural do arco. Assim e de forma consistente com o que foi realizado, procedeu-se inicialmente à análise dos 3 tipos de formas de cavernas frequentes neste tipo de obras, sendo de notar que a selecção do tipo de caverna a adoptar é bastante condicionante dos esforços e da estabilidade a que as abóbadas de revestimento das cavernas estarão sujeitas. Posteriormente, analisaram-se os métodos de escavação e avanço, bem como o respectivo faseamento construtivo, tendo esta análise como principal ênfase a determinação dos deslocamentos que efectivamente influenciam a estabilidade do suporte secundário aplicado na caverna, sendo estes decorrentes da escavação da central. Após esta análise, procedeu-se à análise dos parâmetros mecânicos do maciço rochoso, de onde se retirou principalmente a resistência suportada pelo mesmo, valor este que é condicionante no modelo de dimensionamento adoptado. No término deste capítulo procedeu-se a uma análise dos suportes utilizados, nomeadamente o suporte secundário que viria a ser dimensionado no capítulo 3 e a respectiva estabilidade local e global, quer dos suportes primários quer do suporte secundário, de onde derivou o valor de acções condicionantes da estabilidade do mesmo, nomeadamente os deslocamentos impostos pela escavação do maciço rochoso.

Em relação ao dimensionamento estrutural, pode-se concluir que a criação de um modelo representativo da abóbada de betão, juntamente com o efeito do maciço rochoso, originou um modelo capaz de simular os esforços presentes no arco em betão representativo da abóbada da zona superior desta caverna para as diversas acções. Assim, e com este objectivo, procedeu-se à análise das dimensões geométricas adoptadas para o elemento em betão e à selecção da classe dos materiais a utilizar. Para a simulação do efeito do maciço rochoso, procedeu-se à colocação de molas com a rigidez do maciço rochoso em toda a envolvente do arco, garantindo-se então a simulação pretendida. Com base nas acções presentes neste tipo de obras, efectuou-se o dimensionamento do arco de betão em estudo, calculando-se a armadura a utilizar em secções características e verificando os esforços de corte presentes no mesmo. No término deste capítulo procedeu-se a verificações complementares para situações que poderiam ocorrer no maciço rochoso, sendo de se notar que nesta verificação é garantida a estabilidade do arco em betão, para as diversas simulações.


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ANÁLISE DO CO UMA UTURA EM ADO DE REVESTIMENTO D E · 2017-08-25 · prontidão que demonstraram para comigo, e o auxilio que me prestaram. ... variáveis associadas à ponte rolante