os métodos de equilíbrio limite e dos elementos finitos na análise de estabilidade de taludes

173 Pages·2011·4.4 MB·Spanish

O M E L
S ÉTODOS DE QUILÍBRIO IMITE E
E F A
DOS LEMENTOS INITOS NA NÁLISE
E T
DE STABILIDADE DE ALUDES

JOÃO PAULO MOREIRA DA SILVA

Dissertação submetida para satisfação parcial dos requisitos do grau de
MESTRE EM ENGENHARIA CIVIL — ESPECIALIZAÇÃO EM GEOTECNIA

Orientador: Professor Doutor José Couto Marques

Co-Orientador: Professor Doutor Manuel de Matos Fernandes

JULHO DE 2011
MESTRADO INTEGRADO EM ENGENHARIA CIVIL 2009/2010
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL
Tel. [phone]
Fax [phone]
* [email protected]

Editado por
FACULDADE DE ENGENHARIA DA UNIVERSIDADE DO PORTO
Rua Dr. Roberto Frias
4200-465 PORTO
Portugal
Tel. [phone]
Fax [phone]
* [email protected]
ü http://www.fe.up.pt

Reproduções parciais deste documento serão autorizadas na condição que seja
mencionado o Autor e feita referência a Mestrado Integrado em Engenharia Civil -
2009/2010 - Departamento de Engenharia Civil, Faculdade de Engenharia da
Universidade do Porto, Porto, Portugal, 2009.

As opiniões e informações incluídas neste documento representam unicamente o
ponto de vista do respectivo Autor, não podendo o Editor aceitar qualquer
responsabilidade legal ou outra em relação a erros ou omissões que possam existir.

Este documento foi produzido a partir de versão electrónica fornecida pelo respectivo
Autor.
Os Métodos de Equilíbrio Limite e dos Elementos Finitos na Análise da Estabilidade de Taludes

À minha família

A felicidade não se recebe como algo que cai do céu.
Descobre-se no sofrimento das decisões a tomar
e nas escolhas por vezes difíceis.
A felicidade não é só um presente vindo de fora:
faz parte dos presentes que cada um prepara para si.
anónimo

Os Métodos de Equilíbrio Limite e dos Elementos Finitos na Análise da Estabilidade de Taludes

AGRADECIMENTOS
Agradeço a todos aqueles que de uma forma ou de outra me ajudaram na realização deste trabalho, de
modo especial à Sónia, à minha família e aos meus colegas de curso.
Ao meu orientador, Prof. Dr. Couto Marques, sempre disponível, muito receptivo e interessado, que
foi capaz de me incutir um gosto cada vez maior pelas matérias estudadas, e cuja competência muito
contribuiu para a valorização deste trabalho.

i

Os Métodos de Equilíbrio Limite e dos Elementos Finitos na Análise da Estabilidade de Taludes

RESUMO
A temática da estabilidade de taludes reveste-se de uma importância cada vez mais significativa nos
nossos tempos, dadas as necessidades de expansão urbana e de ocupação de locais cuja estabilidade
levanta algumas reservas, como é o caso dos taludes, especialmente os naturais, aqueles que existem
na Natureza sem a intervenção da mão humana. Com alguma frequência são noticiados casos de
escorregamentos de terras, especialmente no tempo das chuvas, em que a subida do nível freático
altera a distribuição de tensões no solo, incrementando as tensões neutras, diminuindo as tensões
efectivas e introduzindo forças de percolação, o que se traduz numa menor resistência ao corte e,
consequentemente, numa maior tendência para a instabilidade.
O autor propõe-se neste trabalho a desenvolver um programa de cálculo de estabilidade de taludes,
utilizando os métodos de equilíbrio limite de Correia e de Morgenstern-Price, ambos rigorosos,
passíveis de aplicação à análise de superfícies de rotura com qualquer configuração. Para isso utiliza-
se a linguagem de programação Matlab que, para além de ser muito actual, dispõe de uma grande
capacidade de cálculo matricial e de boas capacidades gráficas para visualização de resultados.
Nesse sentido, faz-se uma breve discussão acerca da estabilidade de taludes, da Teoria de Equilíbrio
Limite e do Método das Fatias, procurando dar alguma relevância aos métodos implementados no
programa TALUDES_Mv1. Por outro lado, são apresentadas algumas ideias acerca do Método dos
Elementos Finitos, uma vez que é a metodologia utilizada para realização dos estudos paramétricos
comparativos desenvolvidos.
O programa TALUDES_Mv1 é, então, exposto desde a sua concepção ao modo de utilização,
evidenciando as suas características, potencialidades e limitações. Os resultados provenientes do
cálculo com esta nova ferramenta são comparados com os obtidos pelos programas Plaxis e Phase2, e
discutidos à luz das teorias que os permitem obter.

PALAVRAS-CHAVE: estabilidade de taludes, equilíbrio limite, elementos finitos, método de Correia,
método de Morgenstern-Price, Matlab.

iii

Os Métodos de Equilíbrio Limite e dos Elementos Finitos na Análise da Estabilidade de Taludes

ABSTRACT
The subject of slope stability is becoming increasingly significant nowadays, given the need for urban
expansion and occupation of sites whose stability has certain reservations due to the presence of
slopes, particularly the natural ones, those that exist in nature without the intervention of the human
hand. With some frequency cases are reported of landslides, especially in the rainy season, in which
the rise of groundwater level changes the stress distribution in the ground, increasing pore pressure,
decreasing the effective stress and introducing seepage forces, leading to lower shear strength and,
consequently, to a greater tendency for instability.
The author proposes in this work to develop a program for the analysis of slope stability using the
Correia and the Morgenstern-Price methods of limit equilibrium, both rigorous methods, able to be
applied to the analysis of failure surfaces with any configuration. For this purpose shall be used the
programming language Matlab that, besides being very widespread, has excellent matrix algebra
features and good graphics capabilities for displaying results.
To that end a brief presentation is made about the stability of slopes, followed by a reference to Limit
Equilibrium Theory and the Method of Slices, with the aim of giving some relevance to the methods
implemented in the program TALUDES_Mv1. On the other hand some ideas are presented about the
Finite Element Method, once it is the methodology used to perform the comparative parametric studies
developed.
The program TALUDES_Mv1 is then fully described, from its conception to its user interface,
highlighting its features, potential and limitations. The results supplied by this new tool are compared
with those obtained by the Plaxis and Phase2 finite element programs, and discussed in the light of
their respective underlying theories.

KEYWORDS: slope stability, limit equilibrium, finite element, Correia Method, Morgenstern-Price
method, Matlab.
v