Thais Ribeiro Barroso

Aplicação do Método dos Elementos Finitos a Problemas Geotécnicos

Início: 03/2007
Término: 03/2008
Professor: Aldo Durand Fárfan
Resumo: Há 50 anos, projetos de barragens com solos se baseavam quase exclusivamente em regras empíricas que os construtores transmitiam por tradição. Com o surgimento da Mecânica dos Solos, o conhecimento do comportamento dos materiais geológicos foi possível. Portanto, hoje é possível incorporar as propriedades hidráulicas, leis constitutivas e critérios de ruptura destes materiais nos projetos de barragens.
As bases para uma análise racional dos problemas práticos, que tratam de infiltração de água através dos solos, foram estabelecidas por Darcy. Posteriormente a Darcy, Forchheimer desenvolveu um método gráfico para a solução da equação de fluxo (Redes de Fluxo).
Uma rede de Fluxo é formada pelo conjunto das linhas de fluxo e equipotenciais. Linhas de fluxo são linhas imaginárias que representam o caminho percorrido por uma partícula no meio poroso saturado. Linhas equipotenciais são linhas que representam valores iguais de carga hidráulica em toda extensão. O fluxo ocorre da linha equipotencial de maior valor para a linha equipotencial de menor valor. As linhas equipotenciais e as linhas de fluxo são famílias de curvas ortogonais entre si.
O fluxo de água através de maciços de solo constitui um dos casos de maior importância na aplicação da teoria de fluxo de água nos problemas práticos.
As redes de fluxo adequadas às condições de fronteira, num maciço de terra, possibilitam determinar a vazão perdida na percolação, os gradientes hidráulicos, as velocidades da água em qualquer ponto, as pressões hidrostáticas, entre outros.
Outro fator relevante neste trabalho é a análise da estabilidade de taludes, a qual incorpora resultados da rede de fluxo para esta análise (carga hidráulica). Os métodos para o estudo da estabilidade de taludes baseiam-se na hipótese de haver equilíbrio numa massa de solo, tomada como corpo rígido-plástico, na iminência de entrar em um processo de escorregamento. Com isso, a denominação geral de métodos de equilíbrio-limite (método de Fellenius, método de Bishop, método de Bishop Simplificado, entre outros).
Tais métodos trabalham com a idéia das linhas de ruptura serem aproximadamente circulares e que o escorregamento ocorre de tal modo que a massa de solo instabilizada se fragmenta em fatias ou lamelas, com faces verticais, levando em conta também à coesão na resistência ao cisalhamento do solo.
No estudo de estabilidade de taludes, costuma-se definir o coeficiente de segurança (F) como a relação entre a resistência ao cisalhamento do solo e a tensão cisalhante atuante ou resistência mobilizada (obtida através das equações de equilíbrio).
No presente trabalho, foi feita uma análise do comportamento do fluxo em um maciço de solo e da estabilidade de uma barragem homogênea e outra heterogênea (Barragem de Xavantes). Para isso, foi utilizado o programa comercial ANSYS que resolve equações diferenciais numericamente, fornece a relação tensão-deformação, além de abranger outros temas que não é de interesse do nosso estudo. Os resultados são apresentados numa interface gráfica no ambiente Windows. Foi utilizado também um outro programa comercial GEOSLOPE, para confirmar os resultados (da barragem homogênea) encontrados no ANSYS.