Trabalho de Estabilidade de Taludes

1 Escolha do talude georrefenciado Google Earth Pro 2 Explicar o contexto e a necessidade de análise 3 Explicar os dados do talude adotado 4 Análise GeoStudio a Préprocessamento Variações nos parâmetros de resistência Análise paramétrica Solo com baixa resistência solo com alta resistência No mínimo 5 variações de parâmetros de resistência Coesão varia de 5 kPa até 200 kPa Phi varia de 25º a 50º Peso específico adotar entre 17 kNm³ e 21 kNm³ b Processamento c Pósprocessamento FS Sem nível de lençol freático Com nível de lençol freático linha piezométrica Relatório em HTM Gráficos de variação do FS Geotecnia de Fundações e Obras de Terra Prof M Marangon 1 Unidade 04 UTILIZAÇÃO DE RECURSOS COMPUTACIONAIS EM GEOTECNIA Uso do programa SLOPEW A computação vem sendo a partir da década de 80 cada vez mais utilizada para a solução dos diversos problemas de Engenharia Civil qualquer que seja a área de atribuição profissional do Engenheiro Civil Construção Civil Geotecnia HidráulicaSaneamento Sistemas Estruturais ou Transportes O objetivo desta última unidade do nosso curso de Tópicos em Geotecnia e Obras de Terra é apresentar um exemplo de utilização dos recursos computacionais na solução de problemas de Engenharia Geotécnica como por exemplo na análise de estabilidade de taludes de barragens ou em outra aplicação Estas Notas de Aula foram editadas inicialmente com o auxílio do Engenheirando Civil Humberto Lomeu UFJF em Junho2017 41 Pacote de Softwares GeoStudio 2016 O GeoStudio é um pacote de softwares desenvolvido em 1977 difundido mundialmente é utilizado em mais de 100 países atendendo pequenas empresas de engenharia grandes corporações multinacionais organismos governamentais e também universidades A versão mais recente do GeoStudio é a 2016 que será utilizada nesse curso essencialmente os módulos SLOPEW e SEEPW Figura 1 Pacote de Softwares GeoStudio 2016 GEOSLOPE 2017 Tratase de software com marca registrada e com os direitos de propriedade reservados A utilização no curso se restringirá ao uso da versão gratuita para estudantes Student Edition Ressaltase que a utilização deste software tem como objetivo apenas servir de exemplo aos estudantes de Engenharia de como um determinado problema pode ser analisado em um microcomputador Não há interesse aqui de que o mesmo domine perfeitamente o uso do software e explore todas as suas potencialidades 42 Utilização do módulo SLOPEW O módulo SLOPEW é um dos softwares mais modernos reconhecidos e utilizados no mercado de aplicações voltadas para a análise de estabilidade de taludes fundamentandose em análises de Equilíbrio Limite e suas formulações que se baseiam principalmente no método das lamelas Tais análises foram desenvolvidas ainda no início do século XX e desde então vêm sendo usadas para avaliar estabilidade de taludes na engenharia geotécnica Ao longo dos anos diversas técnicas foram desenvolvidas para solucionar problemas usando o método das lamelas sendo todas muito semelhantes diferindo principalmente em quais equações da estática são incluídas e satisfeitas quais os esforços entre as lamelas são considerados ou ainda qual a relação entre as forças cortantes e normais nas lamelas Geotecnia de Fundações e Obras de Terra Prof M Marangon 2 Figura 2 Discretização das lamelas e suas forças em uma massa de solo GEOSLOPE 2017 Apresentase uma contextualização histórica dos métodos desenvolvidos que interessam no presente curso O Método de Fellenius ou Ordinário foi o primeiro método desenvolvido e ignorava todas as forças entre as lamelas considerando apenas equilíbrios de momento Estas simplificações possibilitaram o cálculo do fator de segurança à mão o que era pertinente devido à inexistência de computadores na época Posteriormente Bishop e Janbu desenvolveram técnicas que apesar da semelhança divergiam em algumas considerações Spencer desenvolveu um método com duas equações de fator de segurança uma levava em consideração o momento de equilíbrio e a outra as forças horizontais de equilíbrio era similar ao Método de MorgensternPrice que considerava funções de força entre as lamelas Mais tarde na década de 1970 Fredlund desenvolveu a Formulação Geral do Limite de Equilíbrio que também se baseava em duas equações de fator de segurança e tinha a importância de não se restringir ao formato da superfície deslizante já que se o talude é composto de solo heterogêneo a ruptura tende a não ser circular característica aos solos homogêneos Baseado nesses métodos softwares como o SLOPEW possibilitam que análises cada vez mais complexas sejam realizadas permitindo por exemplo análises de estruturas reforçadas com geossintéticos cortinas atirantadas e outras técnicas construtivas presentes no diaadia do engenheiro geotécnico 43 Integração entre os softwares A integração entre os softwares GeoStudio permite combinações de múltiplas análises usando diferentes produtos em um único projeto possibilitando que problemas complexos sejam desmembrados em problemas menores Figura 3 Integração entre os produtos GeoStudio GEOSLOPE 2017 Geotecnia de Fundações e Obras de Terra Prof M Marangon 3 O SLOPEW interage da seguinte maneira com os outros softwares GeoStudio Utiliza dados de pressões neutras do SEEPW SIGMAW QUAKEW ou VADOSEW essas pressões calculadas com base em elementos finitos permitem lidar com condições saturadasinsaturadas altamente irregulares ou condições de pressões neutras em regime transiente em analises de estabilidade Usa dados de tensões do SIGMAW ou QUAKEW as tensões calculadas com base em elementos finitos permitem conduzir uma análise de estabilidade além de análises de deformações estáticas e dinâmicas em tremores 44 Instruções iniciais e instalação do software Aqui será abordado de maneira detalhada o procedimento para download e instalação do software em qualquer computador que atenda os requisitos mínimos de sistema exigidos para executar o programa Requisitos Mínimos dos Sistema Sistema Operacional Microsoft Windows XP Processador Intel Pentium 4 AMD Athlon 64 ou Opteron Armazenamento 500 MB de espaço disponível Resolução de Tela 1024x768 Para baixar o programa basta acessar o site da GEOSLOPE e seguir as instruções a seguir A Acessar o site da GEOSLOPE em wwwgeoslopecom Figura 4 Página inicial do site GEOSLOPE GEOSLOPE 2017 B Para mais informações sobre o GeoStudio e cada um dos seus módulos basta acessar a aba Products e clicar na opção desejada Geotecnia de Fundações e Obras de Terra Prof M Marangon 4 Figura 5 Aba de produtos com informações do software e seus módulos GEOSLOPE 2017 C Na aba Support acesse o menu Downloads Figura 6 Aba para download do software GEOSLOPE 2017 D Para baixar o programa clique em Download GEOSTUDIO Geotecnia de Fundações e Obras de Terra Prof M Marangon 5 Figura 7 Página de download do GEOSTUDIO GEOSLOPE 2017 E Após a conclusão do download vá até o diretório onde foi salvo e clique no instalador do programa Ao clicar a tela de seleção de idioma irá aparecer selecione a opção Português Brasileiro Clicando em Prosseguir selecione o diretório onde o programa será instalado Aceite os termos no contrato de licença e clique em Instalar Figura 8 Seleção de idioma e diretório Geotecnia de Fundações e Obras de Terra Prof M Marangon 6 F O tempo de instalação varia de acordo com as configurações do sistema Ao final da instalação clique em Finalizar Figura 9 Tela de progresso e conclusão da instalação G Finalizada a instalação o usuário pode inicializar o programa a partir de algum dos atalhos criados durante a instalação A tela inicial do programa tem o seguinte aspecto Figura 10 Tela inicial do GeoSlope 2016 H Seleção do tipo de licença utilizada selecionar Licença Estudante Geotecnia de Fundações e Obras de Terra Prof M Marangon 7 Figura 11 Seleção do tipo de licença 45 Etapas para a análise de estabilidade A seguir é apresentado o exemplo didático ilustrado na Figura 12 com instruções básicas para a resolução de um problema prático de estabilidade de taludes com o SLOPEW Siga as instruções a seguir e fique atento aos valores e dados inseridos em cada tela 1 Definição do problema 2 Desenho dos contornos do problema e atribuição dos materiais 3 Definir as propriedades dos solos e vincular as camadas 4 Especificar os métodos de análise 5 Desenhar a linha piezométrica 6 Desenhar a superfície de ruptura ou pesquisa 7 Visualização do texto das camadas de solo e do problema 8 Salvar resolver e visualização dos resultados Figura 12 Exemplo de problema de estabilidade Geotecnia de Fundações e Obras de Terra Prof M Marangon 8 1 Definindo o problema 11 Para criar um novo projeto clique em Novo na tela inicial selecione o sistema de unidades desejado e o layout de impressão no caso métrico A4 Alternativamente use o atalho do menu inicial para acessar diretamente uma análise pelo SLOPEw As duas opções estão indicadas na Figura 13 Figura 13 Tela inicial de seleção de análise 12 Ao clicar em Novo a janela da Figura 14 será aberta nela o usuário poderá inserir informações como o título do projeto autor entre outros Feito isso clique em Adicionar na opção Análise SLOPEW selecione o método de cálculo Equilíbrio Limite Figura 14 Seleção do tipo de análise a ser executada no caso selecionar o SLOPEW Após a escolha da análise clique em Fechar na tela da Figura 14 para que sejam feitas as configurações iniciais do problema como a definição dos eixos grade e escala que serão usadas Posteriormente será especificado o método de análise utilizado Geotecnia de Fundações e Obras de Terra Prof M Marangon 9 13 Agora vá ao menu Configurar para definir as unidades escala e a grade deixando os valores como os indicados na Figura 15 Figura 16 e Figura 17 Figura 15 Menu CONFIGURAR Figura 16 Configurando grade Figura 17 Configurando unidades e escala 14 Vá ao menu Inserir e selecione a opção Eixos para definir os eixos que serão exibidos como indicados na Figura 18 e Figura 19 Geotecnia de Fundações e Obras de Terra Prof M Marangon 10 Figura 18 Menu INSERIR e opção EIXOS Figura 19 Definição dos eixos 2 Desenhando os contornos do problema e atribuição de materiais Clique ao menu Inserir novamente e clique em Polilinhas para desenhar a geometria desejada observe que é possível acessar o ícone Polilinhas e outros comandos direto na barra de ferramentas Neste mesmo momento além da geometria do talude é necessário desenhar a divisão entre os tipos de materiais presentes na estrutura o que pode ser feito utilizando a função Linhas do mesmo menu No exemplo didático mostrada na Figura 20 a estrutura apresenta as seguintes coordenadas xy Coordenadas xy 00 400 404 304 1014 014 00 Ao final de cada desenho devese fechar o elemento retornando a coordenada inicial ao finalizar clique com o botão direito do mouse ou pressione ESC Geotecnia de Fundações e Obras de Terra Prof M Marangon 11 Figura 20 Configuração do talude A Figura 21 mostra o desenho no SLOPEW Figura 21 Desenho do talude 3 Definindo as propriedades dos solos e vinculando as camadas Concluída a parte gráfica é necessário dividir as regiões do maciço nas quais serão atribuídos os materiais ou tipos de solos que constituem cada região fechada lembrando que a versão de estudante tem limitações quanto a quantidade de materiais que podem ser utilizados na análise 31 Para desenhar as regiões vá ao menu Aplicar e clique em Regiões como indicado na Figura 22 Feito isto surge a caixa ilustrada pela Figura 23 repare que a seta do cursor se transforma em uma cruz o que significa que o comando está ativado 0 14 10 14 30 4 40 4 0 9 20 9 0 0 40 0 Geotecnia de Fundações e Obras de Terra Prof M Marangon 12 Figura 22 Menu APLICAR Figura 23 Criando regiões Procedese então à marcação das coordenadas que compõem cada região no sentido antihorário lembrando novamente que para concluir cada região devese retornar a coordenada inicial Ao final a figura fica dividida como mostrado na Figura 24 Região 1 09 209 1014 014 09 Região 2 00 400 404 304 209 09 00 Geotecnia de Fundações e Obras de Terra Prof M Marangon 13 Figura 24 Regiões definidas 32 Para criar os materiais vá ao menu Dados e clique em Materiais conforme mostra a Figura 25 Figura 25 Menu DADOS Na janela aberta clique na opção Adicionar para criar um material Ao material 1 atribuiremos os seguintes dados apresentados na Tabela 1 Tabela 1 Dados Material 1 Nome Camada de solo inferior Cor Amarela Modelo do Material MohrCoulomb Peso Específico 18 kNm3 Coesão 10 Kpa Phi 25º Geotecnia de Fundações e Obras de Terra Prof M Marangon 14 Ao material 1 atribuiremos os seguintes dados apresentados na Tabela 2 Tabela 2 Dados Material 2 Nome Camada de solo superior Cor Verde Modelo do Material MohrCoulomb Peso Específico 15 kNm3 Coesão 5 Kpa Phi 20º A Figura 26 e a Figura 27 ilustram as telas em que os dados são inseridos observando que a opção Mostrar legenda pode ser marcada Ao fim clique em Fechar Figura 26 Dados camada de solo inferior Geotecnia de Fundações e Obras de Terra Prof M Marangon 15 Figura 27 Dados camada de solo superior 33 Agora devemos atribuir os materiais criados as regiões que foram definidas anteriormente O processo é simples vá ao menu Aplicar mostrado na Figura 22 e clique em Materiais Figura 28 Aplicando materiais A janela indicada na Figura 28 permite a atribuição de cada material na região desejada sendo necessário deixar a opção Inserir marcada no caso de adição de materiais e caso opte por remover algum material deixar a opção Remover selecionada Selecione então um material por vez e clique diretamente sobre o desenho na região desejada Repita o processo para o segundo material simplesmente alternando o material Ao final dos procedimentos descritos em 31 32 e 33 teremos o seguinte resultado na tela como mostra a figura 29 Geotecnia de Fundações e Obras de Terra Prof M Marangon 16 Figura 29 Camadas de solo aplicadas 4 Especificando o método de análise O usuário deverá optar pelo tipo de análise que será utilizada para avaliar a estabilidade segundo métodos já vistos anteriormente no Capítulo 4 das Notas de Aula Neste caso lançaremos mão do Método de Bishop Simplificado identificado apenas como Bishop no SLOPEW Para escolher o método vá ao menu Dados mostrado na Figura 25 e clique na opção Análises a janela aberta é ilustrada na Figura 30 Figura 30 Escolha do tipo de análise Após a seleção anterior o usuário deverá inserir o nome da análise e os dados de entrada do problema percorrendo cada uma das abas Configurações Superfície de Pesquisa Distribuição FS Avançado mantendo os valores iguais aos mostrados nas figuras 31 32 33 e 34 Na Figura 31 marcase apenas na opção Poropressão de Linha Piezométrica Geotecnia de Fundações e Obras de Terra Prof M Marangon 17 Figura 31 Preenchimento do campo CONFIGURAÇÕES Na Figura 32 mantémse a opção Entrada e saída marcada Figura 32 Preenchimento do campo SUPERFÍCIES DE PESQUISA Nas figuras 33 e 34 o preenchimento não deve ser alterado do padrão Geotecnia de Fundações e Obras de Terra Prof M Marangon 18 Figura 33 Preenchimento do campo DISTRIBUIÇÃO DO FS Figura 34 Preenchimento do campo AVANÇADO 5 Desenhando a linha piezométrica As condições de poropressão nos solos 1 e 2 serão definidas por uma linha piezométrica No menu Dados clique na opção Poropressão Na caixa de diálogo selecionar 1 em Linha piezométrica O próximo passo é entrar com as coordenadas da linha piezométrica nas caixas de diálogo na parte inferior da aba Pontos seguindo as indicações As coordenadas da linha piezométrica neste problema são Geotecnia de Fundações e Obras de Terra Prof M Marangon 19 Linha piezométrica 011 158 303 403 Ao final as coordenadas ficaram dispostas como mostrado na Figura 35 Basta agora clicar em Fechar Vale lembrar que o SLOPEW permite também que o usuário desenhe a linha piezométrica na área gráfica do programa através do menu Aplicar opção Poropressão bastando clicar na opção Inserir para habilitar o traçado da linha piezométrica direto no desenho Figura 35 Inserindo linha piezométrica 6 Desenhando as superfícies de ruptura ou superfícies de pesquisa Vá ao menu Aplicar e na aba de Superfície de Pesquisa clique na opção Entrada e Saída A janela mostrada na Figura 36 irá aparecer e nela há a opção de inserir as coordenadas de início e fim para o intervalo de Entrada e para o intervalo de Saída é possível desenhar diretamente a linha desejada no desenho devendo o usuário segurar o botão esquerdo do mouse enquanto percorre a linha de entrada e soltando após terminar o traçado para que só então trace a linha de saída seguindo a mesma orientação Neste exemplo serão adotados os seguintes valores Entrada Ponto à esquerda Ponto à direita X 2 16 Y 14 11 Saída Ponto à esquerda Ponto à direita X 24 38 Y 7 4 Ao final clique em Aplicar e em seguida em Pronto Geotecnia de Fundações e Obras de Terra Prof M Marangon 20 Figura 36 Aplicando opção Entrada e Saída Alternativamente ao método de entrada e saída das superfícies de pesquisa poderia ter sido atribuído a opção Grade e Raios no menu Dados opção Análises e na aba de superfícies de pesquisa Observação Segundo o manual do SLOPEW uma das dificuldades com o histórico método Grade e Raios é a difícil visualizar das extensões eou a gama de superfícies de pesquisa ou deslizamento Esta limitação foi superada pelo método de Entrada e Saída que especifica o local onde as superfícies de deslizamento provavelmente entrarão na superfície do solo e onde elas sairão Raio Delimitador dos raios dos círculos a Escolha no menu Aplicar opção Superfícies de Pesquisa e em seguida Raios b Clicar o cursor na coordenada 154 criando assim o Ponto 13 Em seguida arraste o cursor e clique para na posição 152 Ponto 14 292 Ponto 15 294 Ponto 16 c Aparecerá uma caixa de diálogo e designaremos 2 para Número de incrementos de raios Para finalizar clicar OK Grade Centro dos círculos a Escolha no menu Aplicar opção Superfícies de Pesquisa e em seguida Grade b Clicar o cursor na coordenada 2325 criando assim o Ponto 17 Em seguida seguindo o sentido antihorário para a posição 2219 criando o Ponto 18 Quando você move o cursor um paralelogramo é desenhado do Ponto 17 ao Ponto 18 Mover o cursor para a coordenada 2619 Um paralelogramo é desenhado do Ponto 17 ao Ponto 18 e ao Ponto 19 c Em seguida aparecerá uma caixa de diálogo onde colocaremos no incremento X o valor 2 e no incremento Y o valor 3 Clicar OK Geotecnia de Fundações e Obras de Terra Prof M Marangon 21 7 Visualizando o texto das propriedades do solo camadas e do problema 71 Propriedades dos solos No menu Visualizar clique na opção Informações do Modelo aparecendo uma caixa de diálogo em branco como indicado na Figura 37 Figura 37 Menu Visualizar Clicar com o cursor parar qualquer ponto dentro da camada inferior de solo As propriedades aparecerão na caixa de diálogo como mostra a Figura 38 Figura 38 Informações do modelo 72 Adicionar legendas das definições dos solos Aqui existem duas opções para adotar como legenda A primeira é a descrição da camada como foi apresentado nas figuras anteriores onde apenas a descrição do nome do material aparece sendo uma descrição simplificada Optando por ela vá ao menu Visualizar e clique em Preferências como indica a figura 37 Na parte de Geometria marque a opção Identificação das Regiões marcando a opção Nome do Material como indicado na Figura 39 Geotecnia de Fundações e Obras de Terra Prof M Marangon 22 Figura 39 Preferências de visualização A outra opção mais completa apresenta os dados que forem de interesse do usuário Essa opção pode ser acessada no menu Inserir opção Texto Uma caixa de diálogo irá abrir como mostra a figura 40 Figura 40 Inserindo texto Clicando na opção Inserir Campo outra caixa de diálogo será aberta como mostra a Figura 41 Nela o usuário poderá escolher quais informações serão exibidas de cada material Após marcar as propriedades que quer exibir clique em Inserir e depois clique na região da figura onde deseja que as informações sejam exibidas Caso haja algum problema na disposição das legendas basta ir ao menu Modificar e clicar na opção Modificar Objeto ela permite que alterações na disposição das legendas sejam feitas Geotecnia de Fundações e Obras de Terra Prof M Marangon 23 Figura 41 Inserindo campos de propriedades de material no desenho 8 Salvar resolver e visualizar os resultados 81 Para salvar vá ate o menu Arquivo e clique em Salvar Como Figura 42 Figura 42 Menu Arquivo 82 Resolver o problema No canto inferior esquerdo da tela no Gerenciador de Execução como indicado na figura 43 clique em Iniciar para resolver o problema Na sequência os resultados são exibidos na tela Geotecnia de Fundações e Obras de Terra Prof M Marangon 24 Figura 43 Gerenciador de execução Iniciar 83 Visualizando os resultados os resultados aparecem automaticamente após a execução como mostrado na figura 44 Figura 44 Resultados Na barra de exibição no lado direito podemos habilitar duas opções que fornecem visualizações mais completas dos resultados Visualizar todas as superfícies de pesquisa Visualizar mapa de segurança Geotecnia de Fundações e Obras de Terra Prof M Marangon 25 A seguir cada visualização é exibida separadamente e depois combinando as duas A visualização com todas as superfícies de pesquisa com mapa de segurança e a combinação das duas são apresentadas respectivamente pela Figura 45 Figura 46 e Figura 47 Figura 45 Visualização com todas as superfícies de pesquisa Figura 46 Visualização com mapa de segurança Geotecnia de Fundações e Obras de Terra Prof M Marangon 26 Figura 47 Combinação das duas visualizações Nos resultados também é possível avaliar os outros parâmetros do problema que foram definidos previamente como mostrado na Figura 48 Figura 48 Avaliação de outros parâmetros Na Figura 49 é mostrada a exibição dos valores de poropressão atuantes no maciço Figura 49 Exibição de valores de poropressão Geotecnia de Fundações e Obras de Terra Prof M Marangon 27 Para visualizar as forças atuantes em cada fatia da superfície de ruptura vá ao menu Visualizar e clique em Informações da Fatia uma janela será aberta como mostra a Figura 50 Nesta opção é possível navegar por todas as fatias avaliando os esforços atuantes e outras propriedades Figura 50 Informações da fatia 20242 MECÂNICA D ENTREGAR Não entregue Estudo de caso Estabilidade de taludes Vence amanhã às 2359 Fecha amanhã às 2359 Instruções Pontuação 00 a 40 pontos Inserir arquivos GSZ HTM PDF Relatório completo sobre escolha do local e variação dos parâmetros de resistência Materiais de referência OT04UsodeRecursosComputacio Estudo de caso Encostaspdf Meu trabalho Anexo Novo Pontos Sem pontos