Modelação de problemas geotécnicos hidromecânicos usando o método do ponto material

Esta tese trata da adaptação do Método do Ponto Material à análise de problemas geotécnicos, incluindo o comportamento hidromecânico de materiais em estado saturado. O Método dos Pontos Materiais ou MPM (Sulsky et al. 1994, Sulsky et al. 1996) combina as vantagens do método dos elementos finitos e dos métodos das partículas. Pode ser descrito como uma extensão do método dos elementos finitos em que uma malha é utilizada para resolver as equações governantes, enquanto o continuum ou material é representado por “pontos materiais” ou “partículas” Langrangianas de massa fixa. No MPM a informação transportada pelas partículas: quantidade de movimento, tensão, tensão, etc. é “projectada” sobre a malha para cada passo da solução. Abrange todo o domínio problemático e são-lhe impostas as condições de fronteira. Após resolver as formas discretas das equações governantes sobre a malha, a posição das partículas e a informação que transportam é actualizada. Assim, no final de cada passo, a malha pode ser descartada porque toda a informação é transportada pelas partículas. Ao mesmo tempo, são evitados os emaranhados de malha para grandes deslocamentos e problemas de convecção. O método é particularmente adequado a problemas dinâmicos com grandes deslocamentos e deformações finitas e incorpora naturalmente um algoritmo de contacto sem deslizamento que facilita a sua utilização em problemas de interacção sólida e sólida.
A análise de problemas geotécnicos hidromecânicos utilizando o MPM requer o desenvolvimento de algoritmos para resolver o acoplamento entre o esqueleto do solo e as fases de água e/ou ar e a regularização do problema de localização da deformação para evitar que as soluções dependam patologicamente da malha, que no caso do MPM é uma malha de “suporte”. Neste trabalho foi desenvolvido um algoritmo explícito, no âmbito do Método dos Pontos Materiais, que resolve o problema da pressão-deslocamento de poros acoplados. Além disso, foi adaptado ao MPM (Wells et al. 2001, Wells et al. 2002) um procedimento numérico para a introdução de fortes descontinuidades na malha
support. Seguiu-se o desenvolvimento do código Geopart (Zabala et al, 2004) que utiliza uma versão explícita do MPM com um algoritmo incrementalmente objectivo para deformações finitas incluindo: construção, análise de pressão-deslocamento acoplado em tensões efectivas e modelos constitutivos simples.
br>Em geral, o colapso de barragens de materiais soltos é inadmissível. As barragens utilizadas para armazenar água estão localizadas em muitos casos, a montante das grandes cidades, em áreas onde o risco sísmico pode ser muito elevado. Por outro lado, a maior percentagem dos colapsos que ocorreram no mundo são as barragens de rejeitos de minas. Em particular, o colapso da barragem de rejeitos de Aznalcóllar (Alonso et al. 2006, Alonso et al. 2006, Gens et al. 2006), que é tomado nesta tese como um estudo de caso, causou um dano ambiental muito importante. Este é um caso muito interessante devido às suas características de falha progressiva, que foi gerada pela construção prolongada da barragem durante muitos anos e pela existência de uma argila frágil de muito baixa permeabilidade na sua fundação. A simulação e explicação do mecanismo de colapso observado em Aznalcollar não é trivial. Foi modelada a construção da barragem e o processo da sua falha progressiva até ao colapso.
Além disso, foi estudado o comportamento dinâmico com grandes deformações de uma barragem de cascalho com tela de betão localizada numa área onde a ameaça sísmica é muito elevada.
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br> A simulação foi realizada numa área de risco sísmico muito elevado.

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