Análise de estabilidade de estruturas de taludes em presença de forças de percolação considerando a variabilidade espacial das propriedades materiais

• Ano de defesa: 2024
• Autor(a) principal: Ceron, Mário Vargas
• Orientador(a): Maghous, Samir
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Palavras-chave em Português: Estabilidade de taludes; Meio poroso; Estruturas (Engenharia) : Estabilidade; Percolação
• Palavras-chave em Inglês: Stability analysis; Seepage forces; Limit analysis; Random fields
• Link de acesso: http://hdl.handle.net/10183/277073

A análise de estabilidade é um problema fundamental da Mecânica dos Solos cujo objetivo consiste em avaliar a possibilidade de falha de uma estrutura com base em sua geometria, resistência do material e modo de carregamento. Em estruturas de terra, a presença de água saturando o solo tende a reduzir sua resistência ao cisalhamento e, em situações não hidrostáticas, resultar em forças de percolação que comprometem a segurança de estruturas previamente estáveis. No contexto desse estudo, a abordagem cinemática da Análise Limite é utilizada para obter limites superiores para o problema de estabilidade de estruturas saturadas. Do ponto de vista mecânico, o solo é tratado como um meio poroso saturado, sendo a teoria da Análise Limite formulada em termos de tensões efetivas. O acoplamento entre a deformação do esqueleto e a poropressão é desconsiderado e o problema hidráulico tratado separadamente a partir de uma abordagem variacional, validada por análises de elementos finitos. A metodologia descrita é aplicada à análise determinística de taludes saturados em deformação plana, sujeitos a uma rápida redução do nível da água. A estabilidade do talude é avaliada considerando mecanismos de ruptura rotacionais que envolvem superfícies de descontinuidades definidas por espirais logarítmicas. Comparando os resultados com estudos disponíveis na literatura, destaca-se a precisão da metodologia proposta. Um estudo paramétrico demonstrou, em particular, o impacto crucial de parâmetros relacionados ao problema hidráulico. Na segunda parte deste trabalho, para incorporar a variabilidade espacial dos parâmetros do solo, são considerados campos estocásticos para a coesão, ângulo de atrito e permeabilidade discretizados por meio da Expansão de Karhunen-Loève com autofunções numericamente computadas. O Método de Monte Carlo é utilizado para determinar a probabilidade de falha da estrutura. A comparação com exemplos específicos disponíveis na literatura mostrou que a metodologia estocástica desenvolvida é capaz de avaliar a segurança de taludes no contexto das deformações planas. Análises realizadas em um talude referência revelaram que a variabilidade mais importante a ser considerada está relacionada ao parâmetro de coesão, seguido do ângulo de atrito. Comparações com resultados obtidos a partir de premissas determinísticas indicam que, apesar do baixo impacto, a variabilidade espacial do tensor permeabilidade não deve ser desconsiderada.