Stability analysis of tunnels using the program ADINA

Langer, Franz Th.; Stockmann, Klaus

doi:10.1016/0045-7949(85)90254-8

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“…Antes da apresentação das equações desses modelos constitutivos, são introduzidos os conceitos básicos relacionados com o comportamento dos materiais elasto-plásticos. Os conceitos de material elástico perfeitamente plástico e de material com endurecimento (ou hardening) e amolecimento (ou softe- .................................................................................................................... 85 6.2.2 Geometria do Túnel ....................................................................................................................... 86 6.2.3 Geologia ....................................................................................................................................... O arqueamento de tensões, acima referido, ocorre somente quando há mobilização de resistência ao cisalhamento do maciço envolvente à abertura realizada (Langer & Stockmann, 1985 (Ranken e Ghaboussi, 1975 (Galli et al, 2004). Quanto menor a resistência do maciço, maior é o desenvolvimento da zona plastificada e consequentemente maior a distância requerida para se atingir a condição de equilíbrio e de estado plano de deformação.…”

Section: Introductionunclassified

Estudo do comportamento de túneis: análise numérica tridimensional com modelos elasto-plásticos.

França¹

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Ao amigo engenheiro David Taborda da Universidade de Coimbra/Imperial College de Londres pelas inestimáveis contribuições e sugestões antes e durante o desenvolvimento desta pesquisa, pelas frutuosas e animadas discussões sobre túneis, mecânica dos solos e análises numéricas, e, principalmente, pela sua grande amizade. Obrigado, amigo! Aos meus pais e aos meus irmãos, Paulo, Plínio e Pércio, por todo amor, educação, carinho e incentivo não só neste trabalho, mas em todos os momentos da minha vida. Agradecimento especial ao meu irmão Pércio, pela talentosa e incansável ajuda nas figuras deste trabalho;Por fim, não poderia deixar de agradecer à Valéria, minha noiva, futura esposa e eterna namorada, por todo seu amor e por ter se privado de minha companhia por tantas vezes durante o desenvolvimento deste trabalho. Sem você, tudo seria mais difícil. ResumoO presente trabalho aborda o estudo do comportamento de túneis em maciços de solo. É dada ênfase na aplicação de análises numéricas com emprego de diferentes modelos constitutivos elasto-plásticos para solos. São apresentadas análises numéricas tridimensionais de um túnel amplamente instrumentado pertencente à Companhia do Metropolitano de São Paulo. As aná-lises são realizadas com auxílio de um programa computacional de elementos finitos. O comportamento do maciço em pontos situados ao redor da escavação é minuciosamente estudado e a capacidade dos modelos em representar adequadamente o comportamento verificado na obra pelas instrumentações é avaliada.Além das análises numéricas o trabalho aborda os principais conceitos relacionados com escavações de túneis em maciços de solo. Conceitos relacionados com a engenharia prática de túneis são apresentados de maneira qualitativa, sem formulações teóricas e matemáticas. Uma revisão bibliográfica com publicações recentes das principais revistas e periódicos que tratam do tema de análise numérica aplicada a túneis é apresentada. O trabalho também apresenta uma revisão dos principais conceitos relacionados com os modelos constitutivos comumente utilizados para análise de problemas de geotecnia. Além do modelo elástico são apresentados os modelos elasto-plásticos de Tresca, von Misses, Drucker-Prager e Mohr-Coulomb. Uma breve introdução aos conceitos básicos de estado crítico, juntamente com as equações do modelo Cam-Clay original e Cam-Clay modificado são apresentadas. Antes da apresentação das equações desses modelos constitutivos, são introduzidos os conceitos básicos relacionados com o comportamento dos materiais elasto-plásticos. Os conceitos de material elástico perfeitamente plástico e de material com endurecimento (ou hardening) e amolecimento (ou softening) são apresentados. Os conceitos de superfície de plastificação e de superfície de potencial plástico também são apresentados.Por fim, são sintetizados os pontos mais relevantes da pesquisa realizada, apontando as limitações do trabalho com sugestões de novos estudos a serem realizados nessa mesma linha de pesquisa. AbstractThe present research approaches the study...

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Section: Introductionunclassified

Estudo do comportamento de túneis: análise numérica tridimensional com modelos elasto-plásticos.

França¹

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Numerical simulation of excavation in elastoplastic soils

Borja¹,

Lee²,

Seed³

1989

Num Anal Meth Geomechanics

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A finite element method for simulating excavation in elastoplastic soils which produces a 'unique' solution for any number of excavation stages is presented. The proposed method satisfies the uniqueness principle for elastic materials postulated by Ishihara,' and degenerates to the methods presented in the ADINA code2* and by Brown and Booker4 and Ghaboussi and Pecknolds for the simple elastic cases. The non-linear (elastoplastic) finite element equations are derived from a variational formulation which accounts for timevarying problem domain and boundaries. The roots of these non-linear equations are solved by Newton's method, using the notion of the consistent tangent operator proposed by Simo and Taylor6 in conjunction with a numerical algorithm based on the 'radial-return' concept for integrating stresses.' -' Numerical examples demonstrate that in the elastic case the solution to problems involving a 'shrinking' (excavation) or 'expanding' (fill) domain is superposable and does not depend on the number of construction stages. For a monotonically shrinking elastoplastic domain and the von Mises and Drucker-Prager yield models, it is shown that the proposed method also produces a 'unique' solution independent of the number of excavation stages. Finally, the asymptotic quadratic convergence exhibited by the proposed method is demonstrated to show the efficiency engendered by the technique described.

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Numerical Methods to Model Excavation of Soil Adjacent to Retaining Structures

Gutierrez¹,

Ebeling²,

Filz³

2002

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Stability analysis of tunnels using the program ADINA

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Estudo do comportamento de túneis: análise numérica tridimensional com modelos elasto-plásticos.

Estudo do comportamento de túneis: análise numérica tridimensional com modelos elasto-plásticos.

Numerical simulation of excavation in elastoplastic soils

Numerical Methods to Model Excavation of Soil Adjacent to Retaining Structures

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