Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Geotecnia, 2016. / Submitted by Fernanda Percia França (fernandafranca@bce.unb.br) on 2016-11-24T15:02:37Z
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2016_MarceloAlejandroLlanoSerna.pdf: 4597920 bytes, checksum: d1815fd743fd8c6b5479aca9482e7686 (MD5) / O objetivo deste trabalho é investigar os mecanismos de alguns problemas geotécnicos submetidos a grandes deformações, e mais especificamente o cone de penetração e escorregamentos na área de estabilidade de taludes. O fenômeno de grandes deformações em Geotecnia pode ser observado em problemas de ensaios de campo como SPT, CPT, DMT; ensaios de laboratório como o ensaio de cone e de palheta; em aplicações práticas como a cravação de estacas e em encostas após a ruptura de um talude. Uma das principais limitações na prática da engenharia geotécnica é que as formulações tradicionais para o cálculo de estruturas dependem da hipótese de pequenas deformações. Na última década, com o aumento da capacidade computacional e surgimento de novos métodos numéricos, tornou-se factível a modelagem numérica de problemas de grandes deformações, gerando a possibilidade de estudá-los em maior detalhe. Este trabalho centra-se na aplicação do Método do Ponto Material (MPM). O MPM é uma ferramenta numérica que adota um esquema de discretização Euleriano-Lagrangiano, o que fornece um esquema sofisticado para resolver o balanço de momento linear quando se observam grandes deformações. O método foi aplicado à análise de ensaios de penetração de cone em laboratório e a problemas reais de escorregamentos de taludes com grandes movimentos de massa. Inicialmente, foram feitos ensaios diretos e indiretos de resistência ao cisalhamento em amostras de caulim. O programa de ensaios de laboratório inclui o ensaio de palheta, ensaio de cone, ensaio de compressão oedométrica e ensaio de compressão triaxial convencional. Como produto dos ensaios de laboratório, foram propostas algumas relações entre parâmetros de estados críticos e o ensaio de queda de cone. Também baseado nos ensaios de laboratório, o programa NairnMPM foi testado e calibrado para resolver problemas geotécnicos simples como o ensaio de cone e o colapso de uma coluna de solo. Depois disso e com o intuito de verificar a capacidade do MPM para resolver problemas de grande escala, foram simulados os escorregamentos de taludes na barragem de Vajont, na Itália, e na rodovia Tokai-Hokuriku, no Japão. Finalmente, foi testado o processo de modelagem do escorregamento de Alto Verde, na Colômbia, e as variáveis dinâmicas previstas no modelo foram usadas no cálculo de risco. Os resultados se ajustaram muito bem às observações de campo, destacando a potencialidade do MPM como ferramenta prática na modelagem de vários problemas de grandes deformações na engenharia geotécnica. / The goal of this work is to investigate the mechanisms of various geotechnical problems subjected to finite strains, more specifically the fall cone test and run-out process during landslides. Large deformation phenomena may be observed in field testing such as SPT, CPT, DMT; laboratory testing such as fall cone test, mini-vane test, and practical problems such as pile driving and run-out process during landslides. The main limitations in the practice of geotechnical engineering are due to the fact that a wide number of design frameworks are based on the small strain hypothesis. In the last decade, with the increasing computational capacity and the development of novel numerical methods; solving large deformation models have become feasible. This fact allows studying in detail a wide number of phenomena in geotechnics. This work focuses on the application of the Material Point Method (MPM). The MPM is a numerical tool that adopts a Eulerian-Lagrangian scheme. Moreover, it allows a solid framework to solve the linear momentum balance when finite strains are observed. The method was used in the simulation of the fall cone test and real scale mass movements in landslides. Initially, direct and indirect shear strength measurements on kaolin clay were performed. The laboratory testing program included mini-vane shear test, fall cone test, oedometric compression, and conventional triaxial compression test. As a result of the laboratory testing, interesting relationships between the critical state parameters and the fall cone were established. Furthermore, NairnMPM open source code was tested and calibrated using the laboratory results to later solve simple geotechnical problems such as fall cone test and the collapse of a soil column. Afterwards, the possibility of simulating real-scale problems in landslides was addressed. The slope failure in Vajont, Italy, and Tokai-Hokuriku Expressway, Japan, were considered. Finally, the framework was tested in a landslide in Alto Verde, Colombia. The computed dynamic quantities were used in risk assessment of landslides. The results matched very well with field observations highlighting the potential of using MPM as a practical tool for modelling various problems involving large strains in geotechnical engineering.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:repositorio.unb.br:10482/22294 |
| Date | 24 September 2016 |
| Creators | Serna, Marcelo Alejandro Llano |
| Contributors | Pedroso, Dorival de Moraes, Farias, Márcio Muniz de |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Inglês |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UnB, instname:Universidade de Brasília, instacron:UNB |
| Rights | A concessão da licença deste item refere-se ao termo de autorização impresso assinado pelo autor com as seguintes condições: Na qualidade de titular dos direitos de autor da publicação, autorizo a Universidade de Brasília e o IBICT a disponibilizar por meio dos sites www.bce.unb.br, www.ibict.br, http://hercules.vtls.com/cgi-bin/ndltd/chameleon?lng=pt&skin=ndltd sem ressarcimento dos direitos autorais, de acordo com a Lei nº 9610/98, o texto integral da obra disponibilizada, conforme permissões assinaladas, para fins de leitura, impressão e/ou download, a título de divulgação da produção científica brasileira, a partir desta data., info:eu-repo/semantics/openAccess |
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