Construction techniques of undercrossing tunnels

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, 2016.O crescimento populacional e a concentração nos grandes centros urbanos aumentaram os desafios referentes à compreensão da interação ideal entre a população e as cidades. Para atender as necessidades emergenciais, as construções em superfície foram predominantes, acarretando em segregação de importantes áreas anteriormente habitadas pela população. Para ilustrar estas intervenções, tem-se como exemplo a substituição de praças por viadutos e estacionamentos. Neste contexto, a necessidade de obras subterrâneas, com intuito de revitalizar os grandes centros, tem crescimento exponencial quando se depara com um cenário urbano poluído por elementos segregadores e pela falta de espaço na superfície. Os desafios impostos à construção destes túneis em centros urbanos estão associados às condições do maciço e as interferências com estruturas existentes. Nestes casos, a relação da obra subterrânea com o maciço costuma ser problemática, pois em áreas urbanas os túneis tendem a ter baixa cobertura para facilitar a acessibilidade. Com relação às interferências com obras existentes, os métodos construtivos propostos não devem levar em conta apenas a estabilidade da escavação, pois também se deve valiar os recalques admissíveis das estruturas dispostas no raio de influência da construção do túnel. O conhecimento obtido através de casos anteriores é fundamental para continuidade do aprendizado, aprimoramento das técnicas utilizadas e adequação aos tratamentos do maciço ao contexto local. É com este intuito que este trabalho acopla casos históricos que adotaram tratamentos diversos para superar os desafios impostos à construção de obras subterrâneas em ambientes urbanos. A abordagem numérica consistiu no estudo de técnicas construtivas distintas para viabilizar a escavação de um túnel de travessia, contextualizado em um perfil geotécnico típico da região de Brasília/DF. Neste estudo de caso apresentam-se três soluções distintas para construção de um túnel de travessia sobreposto ao Eixo Monumental, sem interrupção do funcionamento padrão das estruturas superficiais. O modelo desenvolvido se mostrou competente para simular a construção de túneis, sendo capaz de considerar as técnicas construtivas adotadas e as metodologias de tratamentos e melhorias do maciço. Além disso, comparou-se a metodologia abordada para o pórtico com uma técnica simplista de escavação em NATM. Os resultados obtidos permitem concluir que os túneis executados abaixo de um sistema rígido de pré-suporte podem apresentar vantagens nos casos que necessitam de uma cobertura menor que um diâmetro. Ressalta-se ainda que as técnicas construtivas abordadas neste trabalho, em especial nos casos históricos, podem ser combinadas de diferentes formas para se adequarem as particularidades locais.Population growth and concentration in large urban centers increased challenges related to comprehension of the ideal interaction between the population and cities. To address the emergency needs, the surface constructions were predominant, resulting in the segregation of important areas previously inhabited by the population. To illustrate these interventions, it is possible to set as an example the replacement of squares by viaducts and parking lots. In this context, the necessity for underground constructions, in order to revitalize the urban centers, has exponential growth when confronted with an urban setting polluted by segregating elements and lack of space on the surface. The challenges to the construction of these tunnels in urban centers are associated with soil conditions and interference with existing structures. In these cases, the relation between underground construction and the soil massif tends to be problematic, since the tunnels in urban areas tend to be shallow in order to facilitate accessibility. Regarding the interference with existing constructions, construction techniques should not only take into account the stability of the excavation, the admissible settlements of structures arranged in the area of influence of tunnel construction must also be evaluated. The knowledge obtained through previous cases is essential for continuity of learning, the improvement in the techniques and adaptation to the massive treatments to the local context.This work takes this experience into account and engages historical cases that have adopted various treatments to overcome challenges to the construction of underground constructions in urban areas. The numerical approach concerned the study of different construction techniques in order to enable the excavation of a undercrossing tunnel, contextualized in a typical geotechnical profile of Brasilia/DF. In this case study it was presented three different solutions for the construction of undercrossing tunnels superimposed on the Eixo Monumental, without interrupt the standard operation of surface structures. The numerical model is revealed as appropriate to simulate the construction of tunnels, allowing to consider the construction techniques besides the methodologies and treatments for massif improvements. Furthermore, it was compared the methodology discussed with a simplistic technique NATM. The results indicate that the tunnels built underneath a rigid pre-supporting system may have advantages in cases that require less coverage than one diameter. It is noteworthy that the construction techniques discussed in this work, especially in historical cases, can be combined in different ways to suit local conditions