Análises numéricas e paramétricas de deformabilidade e estabilidade de aterros sobre solos moles de Florianópolis - SC

Abstract

Os depósitos de solos moles presentes ao longo de toda a costa brasileira, sobretudo no litoral de Santa Catarina, representam severos desafios à engenharia geotécnica devido às suas características típicas de baixa capacidade de suporte de fundação e elevada compressibilidade. A demanda por infraestruturas para atender o aumento da urbanização e industrialização, somada à insuficiência de áreas com solos competentes, tem incentivado o desenvolvimento de novas técnicas construtivas e abordagens de dimensionamento. Além disso, tem-se verificado um aumento encorajador na utilização de modelagens numéricas na análise do desempenho de estruturas construídas sobre depósitos de solos moles, com vista a viabilizar essas obras. Neste contexto, o presente trabalho conduz análises de deformabilidade utilizando o Método dos Elementos Finitos (MEF) por meio de modelagens numéricas realizadas no software Abaqus e análises de estabilidade empregando os Métodos de Equilíbrio Limite (MEL) por meio de modelagens numéricas nos softwares Plaxis 2D LE, Slide2 e SLOPE/W e o Método de Redução da Resistência (SRM) no Plaxis 2D Advanced, para quatro aterros com fundação em solos moles. Os aterros foram modelados com 3,5 m de altura e 17 m de largura, enquanto a fundação foi modelada com 30 m de extensão horizontal e espessuras de solo de 5 m, 10 m, 15 m e 20 m, com parâmetros geotécnicos típicos de solos moles da cidade de Florianópolis – SC. Foram realizadas 136 simulações numéricas com variação de parâmetros geométricos e geotécnicos: 40 análises de deformabilidade, nas quais os efeitos das variações dos parâmetros foram avaliados em termos de recalques, deslocamentos horizontais, poropressões, volumes e distorções, ao longo do tempo e de linhas verticais e horizontais do modelo; e 96 análises de estabilidade, com foco nos fatores de segurança e superfícies de ruptura. Os resultados apresentam e discutem o impacto da variação da espessura do solo (H_s), declividade da linha do estado crítico (M), índice de recompressão (κ), razão de sobreadensamento (OCR) e sobrecarga adicional (q_(,ad)) no desempenho da estrutura, e implicações na estabilidade do aterro. Adicionalmente, o estudo enfatiza a eficácia dos softwares utilizados na modelagem de problemas geotécnicos complexos.

Soft soil deposits along the entire Brazilian coast, especially in the coastal areas of Santa Catarina, pose serious challenges to geotechnical engineering due to their typical characteristics of low bearing capacity and high compressibility. The demand for infrastructure to meet the increasing urbanization and industrialization, combined with the insufficiency of areas with competent soils, has encouraged the development of new construction techniques and design approaches. In addition, there has been an encouraging increase in the use of numerical modeling to analyze the performance of structures built on soft soil deposits, with the aim of making these works viable. In this context, the present study performs deformability analyses using the Finite Element Method (FEM) through numerical modeling performed in the Abaqus software and stability analyses using the Limit Equilibrium Method (LEM) through numerical modeling in the Plaxis 2D LE, Slide2 and SLOPE/W software and the Strength Reduction Method (SRM) in Plaxis 2D Advanced, for four embankments with soft soil foundations. The granular embankments were modeled with a height of 3.5 m and a width of 17 m, while the foundation was modeled with a horizontal extension of 30 m and soil thicknesses of 5 m, 10 m, 15 m, and 20 m, with geotechnical parameters typical of soft soils in the city of Florianópolis – SC. A total of 136 numerical simulations were performed to study the geometric and geotechnical parameters: 40 deformability analyses, where the effects of parameter variations were evaluated in terms of settlement, horizontal displacements, excess pore pressure, volumes, and distortions over time and vertical and horizontal lines of the model; and 96 stability analyses, focusing on safety factors and failure surfaces. The results present and discuss the effects of varying soil thickness (H_s), critical state slope (M), recompression index (κ), overconsolidation ratio (OCR), and additional load (q_(,ad)) on the performance of the structure and implications for embankment stability. In addition, the study highlights the effectiveness of the software used to model complex geotechnical problems.