Avaliação da utilização dos métodos dos elementos discretos associado a modelos reduzidos em fundações

Abstract

A utilização do Método dos Elementos Discretos (DEM) aplicada a problemas de contorno geotécnicos ainda esbarra na capacidade computacional devido à grande quantidade de partículas necessárias a representação do fenômeno em tamanho real. Uma abordagem intermediária que viabilizaria a utilização do DEM é sua aplicação aos modelos reduzidos. Os modelos reduzidos permitem o controle de todas as variáveis envolvidas em obras geotécnicas, no entanto, apresentam como limitação a necessidade de definição de um fenômeno principal a ser estudado. Os modelos físicos, em escala real e reduzida, são bastante utilizados para o estudo dos mecanismos de ruptura das fundações devido ao empiricismo envolvido no seu dimensionamento bem como na obtenção de parâmetros de resistência. Dessa forma, essa pesquisa avaliou a potencialidade da utilização do Método dos Elementos Discretos (DEM) combinado a modelos reduzidos bidimensionais em fundações. Inicialmente, foi realizada a calibração dos parâmetros das partículas (mesoscópicos) e de contato (microscópicos) a fim de replicar o fenômeno macroscópico obtido no ensaio biaxial pelo método da tentativa e erro. O ensaio biaxial foi performado com aproximadamente 1.900 partículas por meio do software YADE - Yet Another Dynamic Engine. Este ensaio permitiu avaliar a influência dos parâmetros em nível de partícula (coeficiente de Poisson da partícula; módulo de Young da partícula; e coeficiente de atrito) no comportamento macroscópico da amostra. Após a calibração dos parâmetros da partícula, foi realizada a etapa de validação dos parâmetros por meio da simulação de uma prova de carga, inicialmente em um bloco de fundação, e posteriormente em um radier estaqueado com estacas curtas e longas no mesmo software. Este ensaio resultou em uma amostra com aproximadamente 37.000 partículas. A validação permitiu comparar se o comportamento mecânico numérico foi similar ao encontrado nos modelos reduzidos, considerando os parâmetros calibrados, bem como quais parâmetros mesoscópicos e microscópicos mais influenciaram o comportamento mecânico da prova de carga estudada. Além disso, foi possível comparar as superfícies e cargas de ruptura obtidas a partir da utilização do DEM com as superfícies considerando a solução proposta pela teoria da plasticidade por meio da resolução Teorema de Análise Limite por meio do software OptumG2. Conclui-se que o ângulo de atrito foi responsável por governar a ruptura e a porção final do comportamento elástico-linear da curva. O módulo de Young, no entanto, afetou mais o trecho inicial do comportamento elástico linear. Essa metodologia apresentou-se como uma ferramenta eficiente para prever as superfícies de ruptura, que são bastante similares às propostas de forma analítica e pelo Teorema de Análise Limite. No entanto, em termos quantitativos, a falta de absoluta similaridade geométrica entre o experimento físico e o ensaio numérico introduziu limitações na hora de comparar as cargas de ruptura.