Implementação de métodos explícitos de integração de tensões em programas de elementos finitos para análise geomecânica

Abstract

O comportamento de solos e rochas pode ser descrito através de modelos constitutivos que associam estados de tensões com estados de deformações. Trata-se de um problema de valor inicial cuja solução é obtida empregando de técnicas numéricas. Neste problema, a partir de um estado de tensão inicial e de um incremento de deformações, obtém-se um novo estado de tensões resultante da integração da lei constitutiva ao longo do passo de tempo. As relações constitutivas usadas são do tipo elastoplástica e visco-plástica com regularização viscosa de Perzina. Os critérios de plastificação adotados foram os de Mohr-Coulomb e o de Drucker-Prager, ambos com suavização da superfície de fluência. Foram analisados problemas mecânicos e hidro-mecânicos. Para representar o acoplamento hidro-mecânico foram adotadas leis que relacionam variáveis mecânicas a deformação do meio. Na dissertação foram implementados, no programa de elementos finitos CODE_BRIGHT, o método explícito de integrações de tensões de Euler Modificado e o de Runge-Kutta-Dormand-Price, ambos com controle de erro. As implementações foram verificadas através de um problema de expansão de cavidade cilíndrica e as análises de desempenho dos esquemas de integração foram feitas tomando como critério o número de passos e o tempo total de CPU. Esta mesma análise também foi realizada para os casos de escavação do túnel de Brasília e o de reativação de falha selante, mostrando que os algoritmos implementados funcionam satisfatoriamente para problemas geomecânicos com e sem acoplamento de fluxo de fluidos