[pt] O presente trabalho apresenta a aplicação das metodologias de análise de estabilidade para taludes rochosos de grande altura comumente aplicados dentro do mundo da mineração. Mostra os principais fatores que influem dentro de uma análise de estabilidade como são a determinação das propriedades geomecânicas do maciço rochoso (rocha intacta e descontinuidades) e a caracterização geológica estrutural da região estudada. Esses parâmetros geralmente são obtidos a partir de ensaios de laboratório e de campo, além da informação que fornecem os mapeamentos geológicos. Outra forma de determinar estas propriedades de resistência é através de retro-análises em regiões onde tenha ocorrido algum tipo de colapso ou pela recopilação de dados que foram utilizados em análises anteriores e possam ser extrapolados. Também é apresentado um passo a passo das distintas etapas de um estudo de estabilidade e a obtenção de dados que finalizam na aplicação de softwares especializados na área de geotécnia e geomecânica, os quais permitirão determinar e pré-visualizar os possíveis problemas de instabilidade dentro dos taludes de um pit mineiro. Serão apresentados dois tipos de análises de estabilidade, o primeiro baseado na teoria do método de equilíbrio limite, o qual procura a possível superfície crítica de deslizamento dentro de um talude e que, condiciona a estabilidade da parede aos valores do fator de segurança. A segundo análise está relacionada com um modelo numérico, o qual aplica o método de elementos distintos ou de blocos, que permite a aplicação de um modelo constitutivo que descreva o comportamento dos materiais e das descontinuidades dentro do maciço rochoso, fornecendo como resultados a pré-visualização de variação de deslocamentos e vetores de velocidade para cada etapa de escavação. / [en] This thesis presents the application of procedures for the stability analysis of high slopes commonly applied in the mining world. It presents the main parameters that influence the stability analysis: determination of the rock mass geomechanical properties (intact rock and discontinuities) and the geological structures characterization of the studied region. These parameters generally are the result of laboratory and field tests, in addition, the information about the geological mapping. Another procedure for determining the properties strength may be through a back analysis of a collapsed zone or extrapolation of a data compilation from previous analyses. Apart from strength parameter determination and concept applying of rock mechanics, this research describes step by step the different stages of a stability analysis and its obtained data, this work then finishes with a geotechnical and geomechanical software application, which will determines and previews slope stability problems for a mining pit. This thesis includes two stability analysis procedures: the first method applies the limit equilibrium theory, which looks for the critical failure surface that depends on depends on a factor of safety. The second one applies a numerical model that uses distinct element method, which through a constitutive model, describes how the materials and discontinuities behave in a rock mass, obtaining as a result, the displacement and velocity vectors for each excavation stage.

[pt] O dimensionamento de estrutura de contenção flexíveis atirantadas geralmente representa um desafio para os engenheiros civis, devido a complexidade do tema e as severas consequências que uma eventual ruptura pode causar. Visando melhorar a compreensão do comportamento dessas estruturas, bem como o seu dimensionamento, o presente trabalho descreve os mecanismos que governam o comportamento dessas contenções, como por exemplo: o arqueamento das tensões; a redistribuição das tensões; concentração de tensões nas ancoragens, etc. Embora estes mecanismos tenha uma forte influência sobre o comportamento de cortinas atirantadas, eles geralmente não são considerados em projetos, já que na prática brasileira, os dimensionamentos dessas contenções são realizados predominante-mente a partir de métodos de cálculo simples, como por exemplo o cálculo por equilíbrio limite, que não leva em conta esses efeitos. Portanto, no presente trabalho são discutidas as limitações dessa abordagem, e em contrapartida são apresentadas, através de um estudo de caso, os benefícios da aplicação do método dos elementos finitos em análises de escavações. / [en] The design of anchored retaining wall usually represents a challenge for civil engineers, due to the complexity of the issue and the severe consequences that a possible rupture can cause. In order to improve understanding of the behavior of these structures, as well as its design, the present work describes the mechanisms that govern the behavior of these structures, for example: the arching of the stress, the redistribution of stress, concentration of stresses in the anchorages, etc. Although these mechanisms have a strong influence on behavior of the anchored retaining wall, they are usually not considered in design, because the Brazilian practice, the projects of these structures are made predominantly from simple calculation methods, for example by calculating the equilibrium limit, that does not account for these effects. Therefore, in the present work the limitations of this approach are discussed, and on the other hand are presented, via a case study, the benefits of the finite element method applied to the excavation analysis.

[pt] Análises de estabilidade bidimensionais são predominantemente utilizadas na prática geotécnica, tendo em vista a praticidade e os resultados, em sua maioria, mais conservadores, tornando as análises tridimensionais ainda pouco disseminadas. Por este motivo, o presente trabalho possui como objetivo a comparação entre os fatores de segurança encontrados em análises 2D e 3D e também em retroanálises, buscando verificar o comportamento de taludes nesses dois tipos de análise e comparar com o esperado no campo para cada caso. Sendo assim, o presente estudo se dividiu entre estudos preliminares em taludes hipotéticos, a fim de validar as análises realizadas no software computacional 2D e 3D, e em um estudo de caso para a realização de retroanálises em casos bi e tridimensionais de um talude rompido. As análises e retroanálises foram realizadas no programa computacional SVSlope, da SoilVision Systems Ltd., utilizando o método de equilíbrio limite de Morgenstern e Price (1965) e adotando o critério de ruptura de Mohr-Coulomb para quantificação dos parâmetros de resistência dos solos. Os casos hipotéticos consideraram taludes homogêneos, de solos arenosos, em três condições de geometria: talude infinito, talude não infinito com topografia constante e talude não infinito com altura variável, impondo uma variação de topografia. Já o estudo de caso foi realizado em uma encosta que sofreu movimentações, estando localizada na Rodovia Rio-Santos, município de Mangaratiba, no Rio de Janeiro. Os resultados das análises mostraram que, para os casos estudados, a análise de estabilidade 2D apresenta resultados compatíveis com a condição 3D, ainda que conservadores. No entanto, em projetos onde seja necessária a realização de retroanálises, mostrou-se ser mais prudente a utilização de análises 3D, uma vez que esta resulta em parâmetros de resistência ao cisalhamento (c e ângulo de atrito interno do solo) menores, logo, mais conservadores. / [en] Two-dimensional stability analyzes are predominantly used in geotechnical practice, in view of the practicality and results, most of them, more conservative, making three-dimensional analysis still little disseminated. For this reason, the present work aims to compare the safety factors found in 2D and 3D analysis and back analysis, seeking to verify the behavior of the slope in these two types of analysis and to compare with what is expected in reality for each case. Thus, the present study was divided between preliminary studies on hypothetical slopes, in order to validate the analysis performed in 2D and 3D computational software, and in a case study to perform back analysis in two and three-dimensional cases of a broken slope. The analysis and back analyses were performed in the computer program SVSlope, from SoilVision Systems Ltd., using the limit equilibrium method of Morgenstern and Price (1965) and adopting the Mohr-Coulomb rupture criterion to quantify the soil resistance parameters. The hypothetical cases considered homogeneous slopes, with sandy soils, in three geometry conditions: infinite slope, non-infinite slope with constant topography and non-infinite slope with variable height, imposing a variable topography. The case study, on the other hand, was carried out on a slope that suffered movement, being located on the Rio-Santos Highway, in the municipality of Mangaratiba, in Rio de Janeiro. The results of the analysis showed that, for the cases studied, the 2D stability analysis presents reasonable results and is compatible with the 3D condition, although conservative. However, in projects where back analysis is necessary, the use of 3D analysis proved to be more prudent, since this results in lower shear strength parameters (c and internal friction angle of the ground), therefore, more conservative.

[pt] Esta dissertação tem como objetivo principal estudar o comportamento dos taludes da mineração Pampa de Pongo, situada no Peru, em termos de deslocamentos e fatores de segurança contra ruptura por cisalhamento. As escavações atingem atualmente profundidades superiores a 900m com o corpo mineral seccionado por várias falhas geológicas que podem aumentar o potencial de risco de colapso dos taludes. As análises tensão x deformação foram executadas pelo método dos elementos finitos, em modelos bi e tridimensionais, considerando a existência e a ausência do sistema de falhas para melhor estimar e compreender a influência destas nos deslocamentos do maciço com o avanço das escavações. Este estudo também investigou as diferenças observadas nos resultados obtidos com dois programas comerciais de elementos finitos para solução de problemas geotécnicos (Phase2 e Plaxis 2D) tendo em vista as diferentes metodologias por eles empregadas na simulação de fraturas em meios contínuos. Nas análises de estabilidade os valores dos fatores de segurança determinados pelo método dos elementos finitos, em simulações 2D e 3D, foram também comparados com aqueles calculados por método de equilíbrio limite (método das fatias). De modo geral, observou-se que os efeitos das descontinuidades são maiores nos campos de deslocamentos horizontais e que também tendem a diminuir os valores de fator de segurança, inclusive para limites mínimos abaixo dos recomendados por normas brasileiras. / [en] This thesis aims to study the behavior of the Pampa de Pongo open pit mine, situated in Peru, in terms of displacements and safety factors against shear failure. Excavations currently reach depths greater than 900m and the orebody is sectioned by several geological faults that may increase the potential risk of collapse of embankments. The stress x strain analyses were carried out by the finite element method, with two and three dimensional models, considering the existence and the absence of the fault system, to better estimate and understand the influence of these discontinuities in the displacements of the rock mass with the advancement of excavations. This study also investigated the differences in results obtained with two commercial finite element programs for solution of geotechnical problems (Phase2 and Plaxis 2D) since they use different techniques to simulate fractures in continuous media. In the stability analyses, the values of safety factors determined by the finite element method in 2D and 3D simulations were also compared with those calculated by the equilibrium method limit (method of slices). In general, it could be observed that the effects of discontinuities are larger on the horizontal displacement fields and they also tend to decrease the values of safety factors, even below the minimum thresholds recommended by Brazilian Standards.