[pt] Neste trabalho são avaliadas as condições de estabilidade do subsolo marinho ao longo da rota de um duto rígido de aço revestido com concreto, de 10 de diâmetro, localizado na Bacia de Campos, RJ. Os dados geológicos e geotécnicos foram adquiridos a partir de um amplo levantamento geofísico e geotécnico realizado na diretriz do duto. Devido as adversidades à estabilidade do fundo marinho, várias análises vêm sendo realizadas de forma qualitativa e quantitativa. Atualmente, por questões ambientais e de segurança de obras de engenharia, busca-se uma avaliação mais quantitativa dos riscos geológicos associados à condição de estabilidade do fundo marinho, pois os escorregamentos de taludes representam o principal risco para estas estruturas. As análises de estabilidade foram feitas a partir da teoria do talude infinito, em metodologia aplicada por Nowacki et al. (2003) nos campos profundos de Mad Dog e Atlantis, no Golfo do México, e comparadas com os resultados encontrados a partir da formulação clássica do talude infinito. Uma integração de dados geotécnicos e geofísicos foi necessária, para que todos os parâmetros utilizados na metodologia pudessem ser obtidos. Os resultados indicaram dois pontos críticos ao longo da rota, ambos associados aos flancos do cânion Itapemirim, que apresentam gradientes altos. Foram realizados breves estudos com o objetivo de se avaliar a possibilidade de ocorrência de mecanismos disparadores (terremotos e ondas de tempestade) nesses pontos críticos mas os resultados descartaram esta possibilidade. Concluiu- se ainda que os dados geotécnicos utilizados neste trabalho não foram suficientes e de certo modo não apropriados para a análise de estabilidade de taludes. Uma nova campanha de ensaios geotécnicos de laboratório foi proposta para futuros estudos. / [en] This research analyses stability conditions of marine sediments superficial layers of along a 10 in. diameter pipeline`s route, located at Campos Basin, RJ. The geological and geotechnical data were obtained during a wide geophysical and geotechnical survey along the pipeline`s route. Due to adversities to botton stability found in the marine environment, several qualitative and quantitative stability analysis have been made. Nowadays, because of environmental and safety issues, the researches are more focused on quantitative analysis of geohazards associated with the stability condition of the sea bottom, since slope slides represent the main risk for those structures. The stability analyses were based on the infinite slope theory. The methodology applied was the same used by Nowacki et al. (2003) at the deep fields of Mad Dog and Atlantis, in the Gulf of Mexico. The results were compared with the results from the classical formulation of the infinite slope. An integration of geotechnical and geophysical data was necessary, in order to obtain all the parameters used in the methodology. The results indicated two critical points along the route, both associated with the flanks of the Itapemirim Canyon, which have steep slopes. Brief studies were made to evaluate the importance of triggering mechanisms (earthquakes and storm waves) at these critical points but the results discard this possibility. It was also concluded that the geotechnical data used in this research were insufficient and in a certain way not appropriate for the slope stability analysis. A new geotechnical lab tests campaign was proposed for future studies.

[pt] O comportamento sísmico de taludes tem sido um tópico de grande interesse da engenharia geotécnica nos últimos 40 anos. Durante este período, a prática da engenharia nesta área evoluiu do emprego de técnicas elementares para procedimentos numéricos bastante complexos. A abordagem mais simples é a análise pseudo-estática na qual o carregamento do terremoto é simulado por uma aceleração horizontal estática equivalente atuando na massa de solo deslizante, utilizando-se um procedimento de equilíbrio limite (método das fatias), geralmente conservativo. O parâmetro que descreve o comportamento dinâmico do solo é referido como coeficiente sísmico k, e sua seleção depende fortemente da experiência e normas técnicas locais, porque não há maneira simples e segura de se escolher um valor adequado. O segundo procedimento é conhecido como método de Newmark, que envolve o cálculo de uma aceleração de escoamento, definida como a força inercial necessária para o fator de segurança atingir 1 em uma análise pseudo-estática pelo método de equilíbrio limite. O procedimento então usa os registros de aceleração do terremoto de projeto e o integra duplamente no tempo para calcular os deslocamentos permanentes acumulados. O terceiro método é referido como análise de Makdisi- Seed, que procura definir a estabilidade sísmica do talude em termos de deslocamentos aceitáveis em vez de um fator de segurança tradicional através de uma versão modificada do método de Newmark. Esta técnica apresenta uma maneira racional de calcular uma aceleração de escoamento média, necessária para produzir um valor do coeficiente de segurança do talude igual a 1. Gráficos específicos foram também desenvolvidos para estimativa dos deslocamentos permanentes, tendo sido bastante aplicados em aterros rodoviários, barragens e aterros sanitários. Finalmente, o mais sofisticado método para análise de estabilidade sísmica de taludes é conhecido como análise dinâmica, que normalmente incorpora modelos de elementos finitos e relações tensão x deformação complexas numa tentativa de obter melhores representações para o comportamento mecânico de taludes sob cargas cíclicas Os resultados destas análises podem incluir a história no tempo dos deslocamentos e tensões, bem como das freqüências naturais, efeitos de amortecimento, etc. Este trabalho apresenta uma comparação entre os métodos mencionados anteriormente, analisando o comportamento sísmico dos taludes da estrutura de contenção dos resíduos de lixiviação de minério de urânio, na Bahia, e dos taludes do bota-fora sul da mina de cobre Toquepala, situada no Peru. / [en] The seismic stability of slopes has been a topic of considerable interest in geotechnical engineering for the past 40 years. During that period, the state of practice has moved from simples techniques to more complicated numerical procedures. The simplest approach is the pseudo-static analysis in which the earthquake load is simulated by an equivalent static horizontal acceleration acting on the mass of the landslide, according to a generally conservative limit equilibrium analysis. The ground motion parameter used in a pseudo-static analysis is referred to as the seismic coefficient k, and its selection has relied heavily on engineering judgment and local code requirements because there is no simple method for determining an appropriate value. The second main procedure is known as the Newmark displacement analysis which involves the calculation of the yield acceleration, defined as the inertial force required to cause the static factor of safety to reach 1 from the traditional limit equilibrium slope stability analysis. The procedure then uses a design earthquake strong-motion record which is numerically integrated twice for the amplitude of the acceleration above the yield acceleration to calculate the cumulative displacements. These displacements are then evaluated in light of the slope material properties and the requirements of the proposed development. The third method is referred to as the Makdisi-Seed analysis sought to define seismic embankment stability in terms of acceptable deformation instead of conventional factors of safety, using a modified Newmark analysis. Their method presents a rational means to determine yield acceleration, or the average acceleration required to produce a factor of safety of unity. Design curves were developed to estimate the permanent earthquake- induced deformations of embankments, which have since been applied to sanitary landfill and highway embankments. Finally, the most sophisticated method for seismic slope stability calculations is known as the dynamic analysis, which normally incorporates a finite element model and a rather complex stress-strain behavior for geological materials in an attempt to obtain a better representation of the behavior of soils under cyclic loading. The results of the analysis can include a time history of displacements and stresses, as well as natural frequencies, effects of damping, etc. This work presents a comparison of the results obtained by the aforementioned approaches, considering the seismic behavior of the slopes of an uranium lixiviation pad situated in Bahia, Brazil, and the South embankment of the waste landfill of the Toquepala Mine, Peru.

[pt] A avaliação da estabilidade do talude da Mina Robert (Canadá) é feita através do campo de deslocamentos de marcos superficiais e subsuperficiais e possíveis mecanismos de ruptura obtidos a partir da análise tensão- deformação usando-se o programa computacional FLAC (V. 3.30). Adotando-se o emprego dos modelos constitutivos elástico perfeitamente plástico e elasto-plástico com amolecimento, são calculados o fator de segurança e a porcentagem da região de plastificação, e são definidas as características de comportamento cinemático do talude sob condições de carregamento gravitacional. Apresenta-se um estudo de sensibilidade considerando-se tensões cisalhantes e deslocamentos acumulados em função da variação dos parâmetros do maciço rochoso e da inclinação do talude, além de se analisar fatores associados à definição dos mecanismos de ruptura em termos de tensão- deformação. Finalmente, são apresentadas as comparações entre os fatores de segurança calculados em função dos resultados da simulação numérica (FLAC) e os fatores de segurança calculados por equilíbrio limite considerando-se as superfícies potenciais de ruptura provenientes da modelagem computacional. / [en] The evaluation of the stability of the Robert Pit Mine (Canada) is made through the field of displacements of superficial and ground marks and possible rupture mechanisms obtained from the results of tension-deformation analysis by using the program computational FLAC (V. 3.30). Two constitutive models, the elastic perfectly plastic model and elastic-plastic with strain softening model, are used for the determination of safety's factor and plastification area. This work also defines the characteristics of cinematic behavior of the rock slope under gravitat ional condit ions. A sensibility study is realized considering shear stress and displacements in function of the variation of the rock parameters and of the inclination of the slope. The analysis of the factors associated to the definition of the rupture mechanisms in tension-deformation terms is also done. Finally, the comparisons are presented among safety's factors calculated in function of the results of the numerical analysis (FLAC) and safety's factors calculated by limit equilibrium methods in function of the potential rupture surfaces of the computational model. / [es] La evaluación de estabilidad del talud de la Mina Robert (Canadá) se realiza a través del campo de deslocamientos de marcos superficiales y subsuperficiales y posibles mecanismos de ruptura obtenidos a partir del análisis tensión-deformación utilizando el programa computacional FLAC (V. 3.30). Se adopta el empleo de los modelos constitutivos elástico perfectamente plástico y elasto-plástico con ablandamiento. Se calculan el factor de seguridad y el portentaje de la región de plastificación, y son definidas las características de comportamiento cinemático del talud bajo condiciones de recarga gravitacional. Se presenta un estudio de sensibilidad considerando las tensiones cisallantes y deslocamientos acumulados en función de la variación de los parámetros del macizo rocoso y de la inclinación del talud, además de nalisa factores asociados a la definición de los mecanismos de ruptura en términos de tensión - deformación. Finalmente, se presentan las comparaciones entre los factores de seguridad calculados en función de los resultados de la simulación numérica (FLAC) y los factores de seguridad calculados por equilibrio límite considerando las superfícies potenciales de ruptura provenientes del modelo computacional.

[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.

[pt] O principal objetivo deste trabalho é a aplicação do método dos elementos finitos (MEF) na análise da estabilidade de taludes em solo, para identificação da superfície crítica de deslizamento e cálculo do correspondente fator de segurança. Ainda que o método dos elementos finitos tenha se tornado ferramenta popular para análise de muitos problemas da engenharia geotécnica, existem relativamente poucas aplicações específicas publicadas na literatura sobre estabilidade de taludes. Dois métodos podem ser empregados para a utilização do MEF na área da estabilidade de taludes: o método direto, onde os resultados numéricos são exclusivamente usados para localização da potencial superfície de deslizamento e cálculo do fator de segurança, e o método indireto, onde seus resultados são acoplados a uma técnica para auxiliar a pesquisa da superfície crítica. Comparações entre resultados obtidos pelo método dos elementos finitos e de equilíbrio limite são feitas em vários exemplos numéricos investigados nesta dissertação, comentando-se a aplicabilidade, vantagens e limitações de ambas as metodologias em estudos da estabilidade de taludes em solos. / [en] The main objective of this research is the application of the finite element method (FEM) to analyze the stability of soil slopes, searching the position of the failure slip surface in the soil mass and its corresponding safety factor. The finite element method has become a popular tool for the study of many geotechnical engineering problems but, in the specific area of slope stability analysis, there are relatively few applications reported in the literature. Basically, two methods have evolved for application of the FEM results in slope stability problems: the direct method, that uses the numerical results only for establishing the slip surface and computation of the related safety factor, and the indirect method, where the FEM results are combined with another numerical technique to improve the search process of slip surfaces. Several numerical examples have been studied in this dissertation, making comparisons among the results obtained using the finite element and limit equilibrium methods. The applicability, advantages and shortcomings of both approaches are also discussed. / [es] 1276 El objetivo principal de este trabajo es la aplicación del método de los elementos finitos (MEF) al análisis de estabilidad de taludes de suelo, con el próposito de identificar la superfície crítica de deslizamento y cálculo del correspondiente factor de seguridad. Aunque el método de los elementos finitos se haya convertido en una herramienta popular en el análisis de muchos problemas de la ingeniería geotécnica, existen relativamente pocas aplicaciones específicas publicadas en la literatura sobre la estabilidad de taludes. Dos métodos pueden ser empleados para la utilización del MEF en el área de estabilidad de taludes: el método directo, donde los resultados numéricos son exclusivamente usados para localización de la potencial superficie de deslizamento y el cálculo del factor de seguridad; y el método indirecto, donde los resultados se acoplan a una técnica para auxiliar la investigación de la superficie crítica. Se utilizan varios ejemplos con el fin de comparar los resultados obtenidos por el método de los elementos finitos y por el método de equilibrio límite investigados en esta disertación. Se incluyen comentarios sobre la aplicabilidad, ventajas y limitaciones de ambas metodologías en estudios de la estabilidad de taludes en suelos.