Análise da ruptura de taludes pelo mecanismo de STEP-PATH vía elementos finitos.

Abstract

Na análise de estabilidade de taludes rochosos em 2D, ocorrem diferentes mecanismos de ruptura influenciados pelas descontinuidades pré-existentes, sendo os mais estudados aqueles gerados exclusivamente por descontinuidades persistentes (ruptura planar, em cunha e tombamento), para os quais existem métodos de cálculo analíticos bem estabelecidos do fator de segurança (FS). Tais mecanismos ocorrem geralmente em taludes de pequeno porte. Para taludes de médio a grande porte, a persistência das descontinuidades não é sempre suficiente para abranger toda a escala do talude e desenvolvem-se mecanismos do tipo “Step-Path”, que envolvem, necessariamente, tanto as descontinuidades como pontes de rocha intacta entre elas. No presente estudo são considerados taludes com alturas de 45,0 m, 75,0 m, 135,0 m e 270,0 m, ângulo de talude de 70º e inclinações do plano de ruptura de 20º, 30º, 45º e 60º. Foram estudadas configurações de descontinuidades coplanares e inclinadas em relação ao plano de ruptura, com ângulos das descontinuidades inclinados de 20º, 30º, 45º e 60º, pontes de rocha intacta com comprimentos de 2,50 m, 5,00 m e 10,00 m e faixa de variação do comprimento das descontinuidades de 2,98 m a 56,71 m. Os métodos empregados para se determinar os FS na análise de estabilidade foram: elementos finitos com as técnicas de SSR (Shear Strength Reduction) e GIM (Gravity Increase Method) e equilíbrio limite por Jennings (1970). Utilizou-se o programa PHASE 2D v.8.0 na análise numérica de 360 taludes, com modelo elasto-plástico perfeito, e, para o cálculo analítico de Jennings (1970), foram analisados 300 taludes em planilhas de EXCEL 2013. Das comparações de FSs entre os métodos SSR, GIM e de Jennings (1970), o método GIM apresentou valores muito mais elevados que os demais. Comparados apenas os métodos SSR e de Jennings (1970), encontraram-se FSs próximos para planos de ruptura com inclinações entre 30º e 45º. Realizaram-se também 84 modelagens para taludes de 270,0 m, 525,0 m e 705,0 m de altura, ângulo de talude de 50º e duas famílias de descontinuidades, considerando-se, além das forças de massa, as tensões in situ com razões entre a tensão horizontal e a vertical (K) de 0,43, 1,00 e 2,00. Observou-se que os FSs determinados, os deslocamentos totais no pé do talude e as tensões de tração que aparecem na crista dos taludes aumentam à medida que K aumenta. Portanto, das análises para taludes com uma e duas famílias de descontinuidades, percebeu-se que não é grande a diferença de FSs obtidos por SSR e Jennings (1970) para planos de inclinação que variam entre 30º a 45º, e que à medida que diminuem o comprimento das descontinuidades e as pontes de rocha intacta aumentam, os FS também aumentam, como esperado. Notou-se também que à medida que a altura dos taludes aumenta os FSs diminuem, devido ao efeito do fator de escala.