doctoralThesis
Análise acoplada hidromecânica da construção de aterro sobre solo mole em Ipojuca-PE
Autor
DIAS, Andréa Batista de Farias
Institución
Resumen
O crescimento demográfico nas cidades é responsável pelo aumento do número de novas edificações e, em consequência, terrenos com baixa resistência, pequena permeabilidade e grande compressibilidade têm sido cada vez mais ocupados. Depósitos de solos moles, presentes ao longo da costa litorânea brasileira, são verdadeiros desafios para os engenheiros geotécnicos, especialmente quando é necessária a construção de aterros sobre os mesmos, uma vez que o adensamento da camada compressível pode provocar grandes recalques ao longo dos anos e ocasionar não apenas danos estruturais, como também perdas humanas e econômicas. Este trabalho consiste em modelar numericamente, por meio de métodos de elementos finitos com os modelos Cam-Clay Modificado e Drucker-Prager, a execução de um aterro sobre solo mole feito em etapas, com elementos drenantes e fases de adensamento em uma Unidade do Distrito Industrial de Suape, em Pernambuco, avaliando o seu comportamento previsto e comparando com os dados provenientes da instrumentação. Para tal, realizou-se uma pesquisa documental, em que foram obtidas a geometria do aterro, o perfil geotécnico, as propriedades dos solos e o período de execução de cada etapa da obra. A partir disto, foi construído o caso para a simulação, consistindo em uma malha bidimensional com 18.193 nós e 35.911 elementos e 13 materiais, incluindo colchão drenante, aterro e nós referentes a drenos franceses secundários. Optou-se por avaliar 08 cenários distintos com geodrenos de 5 e 100 mm (G5 e G100) de lado e com variações de 0,69 a 1,20 do parâmetro de estado crítico M. Utilizou-se o software in house CODE_BRIGHT (COupled DEformation and BRine, Gas and Heat Transport) para a simulação numérica, considerando o acoplamento hidromecânico na análise de deformação plana. Foram identificadas camadas de turfa orgânica argilosa e argila siltosa com espessuras variando de 2,0 a 7,0 e 1,0 a 5,0 m, respectivamente. No monitoramento, verificaram-se: recalques significativos, especialmente, na placa de recalque 08, com deslocamento vertical de 1,98 m; deslocamentos horizontais de até 343 mm e dispersões nos resultados de piezômetros elétricos. Nos casos modelados, foram estimados excessos de poropressões, com diferenças de 18 kPa, por exemplo, em casos com distintas dimensões de geodrenos (G5 e G100), seguidos de dissipações durante as fases de consolidação; recalques iguais aos aferidos em campo ocorreram em alguns cenários, a variação do parâmetro M interferiu em até 0,27 m de deslocamento vertical; e deslocamentos horizontais dentro da faixa de resultados (130 a 196 mm) obtidas na obra foram identificadas a uma distância de 05 metros do pé do aterro. De forma geral, o simulador descreveu com satisfação o comportamento do aterro, contudo, atenções especiais devem ser dadas aos parâmetros de entrada para a modelagem e verificações analíticas não devem ser descartadas e sim comparadas para ponderação e melhor interpretação do desempenho da obra. CAPES Population growth in cities is responsible for the increase in the number of new buildings and, therefore, in land with low resistance, low permeability and great compressibility has been increasingly occupied. Deposits of soft soils, present along the Brazilian coast, are real challenges for geotechnical engineers, especially when it is necessary to build embankments on them, since the density of the compressible layer can cause large settlements over the years and not only cause structural damage, but also human and economic losses. This work consists of numerically modeling, through finite element methods with Modified Cam-Clay and Drucker-Prager models, the execution of an embankment on soft ground made in stages, with drainage elements and densification phases in a District Unit Industrial of Suape, in Pernambuco, evaluating its predicted behavior and comparing with the data coming from the instrumentation. For this, a documentary research was carried out, in which the embankment geometry, the geotechnical profile, the soil properties and the execution period of each stage of the work were obtained. From this, the case was constructed for the simulation, consisting of a two-dimensional mesh with 18,193 knots and 35,911 elements and 13 materials, including drainage mattress, embankment and points referring to secondary French drains. It was decided to evaluate 08 different scenarios with 5 and 100 mm geodrenes (G5 and G100) on the side and with variations from 0.69 to 1.20 of the critical state parameter M. The in-house software CODE_BRIGHT (COupled DEformation and BRine, Gas and Heat Transport) for the numerical simulation, considering the hydromechanical coupling in the flat deformation analysis. Layers of clayey peat and silty clay with thickness ranging from 2.0 to 7.0 and 1.0 to 5.0 m, respectively, were identified. In the monitoring, there were significant settlements, especially on the retaining plate 08, with vertical displacement of 1.98 m; horizontal displacements of up to 343 mm and dispersions in the results of electric piezometers. In the modeled cases, excess poropressions were estimated, with differences of 18 kPa, for example, in cases with different dimensions of geodrenos (G5 and G100), followed by dissipations during the consolidation phases; equations similar to those measured in the field occurred in some scenarios, the variation of the parameter M interfered in up to 0.27 m vertical displacement; and horizontal displacements within the range of results (130 to 196 mm) obtained in the work were identified at a distance of 05 meters from the foot of the embankment. In general, the simulator described with satisfaction the behavior of the embankment, however, special attention should be given to the input parameters for the modeling and analytical checks should not be discarded but rather compared for weighting and better interpretation of the work performance.