Uso de modelagem 3D para análise do desempenho geomecânico de um túnel em granitoides deformados do Complexo Águas Mornas

Abstract

A classificação geomecânica desempenha um papel fundamental na execução de túneis, permitindo a avaliação prévia das condições do maciço rochoso, a identificação de possíveis riscos geológicos e a otimização dos métodos construtivos. Diante das incertezas inerentes à caracterização geológico-geotécnica de maciços rochosos em subsuperfície, o uso de modelos geomecânicos tridimensionais tem se mostrado uma ferramenta eficaz para uma análise mais detalhada e precisa. Neste contexto, este trabalho propõe a criação de um modelo tridimensional para análise integrada das características geomecânicas de um túnel escavado em maciço rochoso composto por granitoides deformados do Complexo Águas Mornas, com base em 641 mapeamentos geomecânicos das frentes de escavações e informações de projeto. A compartimentação geomecânica de projeto adotou a metodologia de classificação Q e RMR para avaliar a qualidade do maciço rochoso e dividi-lo em quatro classes geomecânicas (V, IV, III e II). Durante a execução da obra, as escavações foram mapeadas pela equipe de acompanhamento técnico (ATO) da projetista, utilizando a mesma metodologia de classificação definida no projeto. A representação tridimensional dos dados das frentes de escavações possibilitou a visualização precisa da distribuição espacial das classes geomecânicas e dos parâmetros adotados, identificando zonas de maior e menor qualidade do maciço rochoso e permitindo correlacioná-las com as características geomorfológicas e geológicas locais. Os resultados obtidos contribuem para a compreensão e avaliação da evolução do desempenho geomecânico durante as escavações de um túnel em rocha com estruturas gnáissicas a migmatíticas, caracterizada por baixa qualidade geomecânica nos emboques e pela presença de zonas de cisalhamento ao longo da sua extensão.

Abstract: Geomechanical classification plays a critical role in tunnel construction, enabling preliminary assessment of rock mass conditions, identification of potential geological hazards, and optimization of excavation methods. Given the inherent uncertainties in the geotechnical characterization of subsurface rock masses, the use of three-dimensional geomechanical models has proven to be an effective tool for achieving more detailed and accurate analyses. In this context, the present study proposes the development of a 3D model for the integrated analysis of the geomechanical characteristics of a tunnel excavated in deformed granitoids of the Águas Mornas Complex. The model is based on 641 geomechanical mappings from tunnel excavation faces and design documents. The design-stage zoning employed the Q-system and RMR classification methods to evaluate rock mass quality and subdivide it into four geomechanical classes (V, IV, III, and II). During construction, the excavation fronts were mapped by the technical oversight team (ATO) using the same classification criteria established in the design phase. The three-dimensional representation of the excavation data enabled accurate visualization of the spatial distribution of geomechanical classes and associated parameters, allowing the identification of zones of higher and lower rock mass quality and their correlation with local geomorphological and geological features. The results provide insights into the geomechanical behavior during tunnel excavation in gneissic to migmatitic rock masses, characterized by low rock quality at portal zones and the occurrence of shear zones along the tunnel alignment.