Simulação numérica e análise paramétrica do comportamento de um aterro sobre solos moles

Abstract

Os desafios técnicos e construtivos inerentes à execução de obras de engenharia sobre solos moles demandam um contínuo desenvolvimento ou aperfeiçoamento das técnicas e dos métodos utilizados tanto para investigar o comportamento dos solos como para dimensionar e avaliar o desempenho dessas obras. A propósito, a prática atual de engenharia vem incorporando intensamente a modelagem numérica por Método dos Elementos Finitos na análise de problemas complexos, em termos de execução, carregamento e condições de contorno. Seguindo essa tendência, o presente trabalho analisou, por meio de modelagem numérica em um software de elementos finitos, não só o comportamento de um aterro não reforçado sobre solos moles como também a influência dos parâmetros geotécnicos e geométricos nesse comportamento. As 19 simulações numéricas do modelo definido foram feitas no software Abaqus, a partir do qual foi estabelecido o critério de ruptura Mohr-Coulomb para o material granular do aterro e o modelo Cam Clay Modificado para solos moles da fundação. A geometria do modelo numérico e a faixa dos parâmetros geotécnicos adotados foram definidas com base nos trabalhos publicados na literatura. Para o estudo paramétrico, variaram-se os seguintes parâmetros: ângulo de atrito do aterro; módulo de elasticidade do aterro; espessura do solo mole; índices de recompressão e compressão do solo mole; declividade da linha do estado crítico. Como resultados, o trabalho apresenta e discute o comportamento do recalque, deslocamento horizontal, excesso de poropressão, variação de tensão efetiva em função do tempo, da distância horizontal e da profundidade. Os resultados foram normalizados para facilitar a interpretação e comparações futuras. Ademais, são apresentados e discutidos os resultados do estudo paramétrico de modo a quantificar e destacar a influência dos parâmetros analisados no comportamento do modelo numérico. Concluindo, destaca-se o potencial do software utilizado e as contribuições deste trabalho para o entendimento do comportamento de aterros não reforçados sobre solos moles.

The technical and constructive challenges inherent to the execution of engineering works on soft soils require a continuous development or improvement of the techniques and methods used both to investigate the behavior of the soils and to design and evaluate the performance of these works. By the way, current engineering practice has been intensively incorporating numerical modeling by the Finite Element Method in the analysis of complex problems, in terms of execution, loading and boundary conditions. Following this trend, the present work analyzed, through numerical modeling in a finite element software, not only the behavior of an unreinforced embankment on soft soils but also the influence of geotechnical and geometric parameters on this behavior. The 19 numerical simulations of the defined model were performed in Abaqus software, from which the Mohr-Coulomb failure criterion was established for the granular material of the embankment and the Modified Cam Clay model for soft soils. The geometry of the numerical model and the range of the adopted geotechnical parameters were defined based on works published in the literature. For the parametric study, the following parameters were varied: embankment friction angle; modulus of elasticity of the embankment; thickness of the soft soil; recompression and compression indexes of the soft soil; slope of the critical state line. As a result, the work presents and discusses the behavior of settlement, horizontal displacement, excess pore pressure, effective stress variation as a function of time, horizontal distance and depth. The Results were normalized to facilitate interpretation and future comparisons. Furthermore, the results of the parametric analysis are presented and discussed in order to quantify and highlight the influence of the parameters on the behavior of the numerical model. In conclusion, the potential of the software used and the contributions of this work to the understanding of the behavior of unreinforced embankments on soft soils are highlighted.