Please use this identifier to cite or link to this item: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/44963
Document type: Dissertação
Access type: Acesso Aberto
Title: Análise da estabilidade de taludes rochosos fraturadas utilizando elementos finitos de alta razão de aspecto
Alternate title (s): Stability analysis of fractured rock slopes using high aspect ratio finite elements
Author: Santos, Isadora vieira dos
First Advisor: Maedo, Michael Andrade
First member of the Committee: Guimarães, Leonardo José do Nascimento
Second member of the Committee: Garcia, Jean Rodrigo
Summary: O comportamento dos taludes rochosos é bastante complexo, posto que a presença das descontinuidades também afeta diretamente a estabilidade dos mesmos e sua análise precisa pode prevenir acidentes e reduzir custos operacionais. Neste contexto, propõe-se o desenvolvimento e validação de um modelo numérico baseado no Método dos Elementos Finitos (MEF) para simular o comportamento mecânico desses taludes, incorporando Elementos Finitos de Alta Razão de Aspecto (EF-ERA) para representar as fraturas. Tais elementos são capazes de reproduzir o comportamento de descontinuidades (i.e., fissuras e fraturas) por meio de modelos constitutivos de dano contínuo, de modo que tais elementos são introduzidos na malha original na posição da fratura. Dessa forma, o processo de ruptura leva em consideração a influência da fratura existente. Tal técnica vem sendo amplamente utilizada para tratar de fraturas em estruturas de concreto, engenharia de petróleo e ressecamento de solos, contudo, o seu potencial ainda não foi explorado ou estendido para investigar taludes constituídos de rochas. O modelo foi implementado no software CODE_BRIGHT e comparado às simulações realizadas no software comercial RS2, que utiliza elementos de espessura nula para modelar descontinuidades. A metodologia adotada inclui a técnica de Redução da Resistência ao Cisalhamento (RRC) para determinar o fator de segurança de taludes, além da aplicação do modelo constitutivo de Mohr-Coulomb para os materiais do maciço e modelo de dano friccional de Mohr Coulomb para as fraturas. Os resultados obtidos foram validados a partir de estudos de referência da literatura, demonstrando boa concordância entre as abordagens utilizadas. Os resultados indicam que a abordagem com EF-ERA permite uma representação detalhada do comportamento das fraturas, contribuindo para uma análise mais realista da estabilidade de taludes rochosos.
Abstract: The behavior of rock slopes is highly complex, as the presence of discontinuities directly affects their stability, and accurate analysis can prevent accidents and reduce operational costs. In this context, the development and validation of a numerical model based on the Finite Element Method (FEM) is proposed to simulate the mechanical behavior of these slopes, incorporating High Aspect Ratio Finite Elements (HAR-FE) to represent fractures. These elements can reproduce the behavior of discontinuities (i.e., fissures and fractures) through continuous damage constitutive models, allowing their introduction into the original mesh at the fracture location. Consequently, the failure process accounts for the influence of existing fractures. This technique has been widely used to model fractures in concrete structures, petroleum engineering, and soil desiccation. However, its potential has not yet been explored or extended to investigate slopes composed of rock masses. The model was implemented in the CODE_BRIGHT software and compared to simulations performed in the commercial software RS2, which uses zero-thickness elements to model discontinuities. The adopted methodology includes the Shear Strength Reduction (SSR) technique to determine the slope safety factor, along with the application of the Mohr-Coulomb constitutive model for the rock mass and the Mohr-Coulomb frictional damage model for fractures. The results were validated using reference studies from the literature, demonstrating good agreement between the approaches used. The findings indicate that the HAR-FE approach allows for a detailed representation of fracture behavior, contributing to a more realistic analysis of rock slope stability.
Keywords: Estabilidade de taludes
Elementos finitos
Fraturas
Fator de segurança
Redução da resistência ao cisalhamento
Slope stability
Finite elements
Fractures
Safety factor
Shear strength reduction
Area (s) of CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA CIVIL::GEOTECNICA::MECANICAS DAS ROCHAS
Language: por
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Uberlândia
Program: Programa de Pós-graduação em Engenharia Civil
Quote: SANTOS, Isadora Vieira dos. Análise da estabilidade de taludes rochosos fraturadas utilizando elementos finitos de alta razão de aspecto. 2025. 59 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2025. http://doi.org/10.14393/ufu.di.2025.67 .
Document identifier: http://doi.org/10.14393/ufu.di.2025.67
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/44963
Date of defense: 3-Feb-2025
Sustainable Development Goals SDGs: ODS::ODS 9. Indústria, Inovação e infraestrutura - Construir infraestrutura resiliente, promover a industrialização inclusiva e sustentável, e fomentar a inovação.
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