Estudo de sistemas cársticos utilizando o Método do Ponto Material

Abstract

Do ponto de vista geológico, as regiões cársticas têm sido estudadas por mais de um século. Estima-se que a cobertura cárstica representa aproximadamente 20% da superfície terrestre. No Brasil, 19 regiões cársticas foram identificadas em todo seu território. Nesse contexto, esta tese investiga o comportamento geomecânico dos sistemas cársticos e os problemas gerados a partir de seu desenvolvimento e seu colapso utilizando o Método do Ponto Material (MPM). A pesquisa revisa a geologia e a geomecânica desses sistemas e os métodos numéricos mais utilizados para avaliar problemas na engenharia geotécnica. São aprofundados conceitos relacionados ao MPM, à elastoplasticidade, aos modelos constitutivos e de dano que subsidiam, posteriormente, uma análise paramétrica para avaliar os mecanismos de colapso e subsidência em ambientes cársticos valendo-se do método numérico selecionado, implementado no software Anura3D. No contexto do Quadrilátero Ferrífero, uma das regiões cársticas brasileiras, foi realizado um estudo de caso sobre os impactos do colapso e da subsidência cárstica em barragens de rejeitos. A complexa geologia da região facilita a formação de feições cársticas que ameaçam a estabilidade das barragens. Os estudos de caso mostram que a presença de cavernas e descontinuidades geológicas pode levar a instabilidades severas, influenciando diretamente os mecanismos de ruptura e a cinemática pós-falha das barragens. Para finalizar, a tese valida o modelo de dano HyperDamage no software GeoStudio, demonstrando a capacidade de representar o comportamento de rochas e materiais quasefrágeis. Este modelo, com base em um comportamento hiperbólico e na mecânica de dano contínuo, mostrou-se robusto após as validações com ensaios de laboratório. Futuras implementações em outros softwares, como o Anura3D, poderão expandir as aplicações na mecânica das rochas e na avaliação de feições cársticas.