Análise numérica 3D de solo grampeado em solo sedimentar com inclusões verticais

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, 2019.O estudo de estruturas reforçadas por meio de solo grampeado é muito relevante uma vez que é uma técnica cada vez mais utilizada, como solução de diferentes problemas de engenharia, em especial no Brasil. Um problema atrelado a esta técnica reside na determinação, ainda em fase de projeto, dos deslocamentos horizontais que ocorrerão devido à obra. Na prática da engenharia, os deslocamentos são estimados utilizando Método dos Elementos Finitos (MEF) em deformações planas (2D), que podem produzir resultados distantes do observado na realidade. Uma vez que estes deslocamentos possuem um valor limite que não deve ser ultrapassado, é necessário estimá-los com melhor precisão, entendendo melhor as ferramentas numéricas. Tem como objetivo determinar uma possível relação entre deslocamentos calculados por elementos finitos bidimensionais e tridimensionais, além de determinar a influência das inclusões verticais no comportamento do maciço e da obra em si, utilizando para isso um caso real de campo. Neste estudo de caso, o deslocamento lateral medido é da ordem de 0,023%H, em que H é a profundidade da escavação, enquanto que análises por MEF bidimensionais sugerem deslocamentos horizontais da ordem de pelo menos 0,5%H. Foi realizada uma análise de sensibilidade para determinar quais parâmetros mais influenciam o deslocamento. Além disso, o estudo comparou resultados obtidos por meio de análises de MEF bidimensionais e tridimensionais para este caso. Chega à conclusão que o Módulo de Young (E) e o Coeficiente de Empuxo no Repouso (K0) são os dois parâmetros que mais influenciam tais deslocamentos. Este estudo mostra que o Modelo Constitutivo elástico perfeitamente plástico de Mohr Coulomb não é adequado para a simulação deste tipo de estrutura, que apresentam deslocamentos muito pequenos, sugerindo o modelo de Hardening Soil (Schanz, et al. 1999) como alternativa viável. Comparado à análise 3D, a análise 2D apresentou deslocamentos horizontais significativamente maiores, o que levou à conclusão de que a análise 2D em MEF não é adequada para previsão de deslocamentos laterais a não ser que seja utilizado um Fator de Redução (FR) que varia de 0,4 a 1,0. O FR é função da Largura (L) pela Profundidade (H) de escavação (L/H) e é válida apenas para este estudo de caso, exigindo mais dados e estudos de outros solos grampeados para se tornar válido para uma gama maior de solos grampeados.Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq).The study of Soil Nail Structures is very relevant once it is a construction technique used in a broad variety of situations, especially in Brazil. One issue involving the technique is estimating the lateral displacements in the designing level, before the construction. It is common to use, in practical engineering, the Finite Element Method (FEM) with plain strain consideration, which is a two-dimensional solution, that could lead to distant results observed in practice. Once those displacements have a superior limit boundary, it is necessary to estimate them accurately, with a better understanding of the numerical tools available. The main goal is to determine a possible relation between displacements obtained by two and three-dimensional FEM tools, and to determine the influence of vertical inclusions in the behaviour of the soil mass, using for that a real field case. In this study case, the measured lateral displacement is about 0,023%H, in which H is the depth of excavation, while traditional 2D FEM analysis suggested that the lateral displacement should be at least about 0,5%H. A sensitivity analysis was conducted to determine which parameters influenced the most lateral displacements. Furthermore, the study compares results obtained in 2D and 3D FEM analysis for this case. It concludes that the Young Modulus (E) and the Coefficient of Earth Pressure at Rest (K0) are the two most important parameters influencing the displacements. The study shows that the Mohr-Coulomb Constitutive Model is not adequate for modelling this kind of structure, suggesting the Hardening Soil Model (Schanz et al., 1999) instead. Moreover, 2D analysis presented larger displacements when compared with the 3D analysis, which led to the conclusion that 2D MEF analysis is not adequate for prediction of lateral displacements unless one uses a Reduction Factor that ranges from 0,4 to 1,0. The Reduction Factor is a function of the Lateral Width over Excavation Depth (L/H), and is valid to the this case study, requiring more data from other soil nail cases to become valid for a broader range of soil nailing situations