Unidade 07 - UTILIZAÇÃO DE COMPUTAÇÃO NA
GEOTECNIA
Uso do programa
GEOSLOPE/W
(Student Version)
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 nossa área de atribuição profissional, entre as cinco definida na Resolução 1010/2002 do CONFEA, quais sejam: Construção Civil, Geotecnia, Hidrotécnica, Sistemas Estruturais e 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
7. 1 – O conjunto de Softwares da GeoStudio
Optou-se por utilizar o software SLOPE/W (Taludes para Windows) do “pacote” de softwares da GeoStudioTM 2004 (figura 01), difundido mundialmente e muito usado pelos profissionais de Geotecnia. Trata-se de software com marca registrada e com os direitos de propriedade reservados. Nossa utilização no curso se restringirá a manipulação da versão Student (versão “free”), de cópia instalada em sala de aula.
Ressalta-se que a utilização deste software tem como objetivo apenas servir de exemplo aos estudantes de Engenharia de como um determinado problema pode ser analisando em um microcomputador. Não há interesse aqui de que o mesmo “domine” perfeitamente o uso do software e explore todas as suas potencialidades.
7. 2 – Etapas para a Análise de Estabilidade
7. 3 – Exemplo de Problema de Estabilidade
1. Definindo o problema
Definindo a área de trabalho, isto é, o tamanho do espaço disponível do papel e o tamanho do desenho do problema a ser analisado. Os parâmetros a serem definidos, para o exemplo acima, estão apresentados na tabela abaixo (a ser utilizado o formato A4 – 297x215mm).
Menu Parâmetro Valores
Working Area Width: 260 Height: 200 Set Page
Units mm Engineering Units Meters
Horz: 200 Set Scale
Scale
Vert: 200
Set Grid Grid Spacing X:1 e Y:1
Marcar: Snap to Grid e Display Grid File Save A escolha (*.slz)
1. Definição do problema
Definir área de trabalho, Definir escala e Definir grid Salvar o arquivo
2. Desenho dos contornos do problema (camadas de solo) 3. Definir as propriedades dos solos e vincular as camadas 4. Especificar os métodos de análise
Especificar as opções de análise 5. Desenhar a linha piezométrica
6. Desenhar o raio e a grelha da superfície de ruptura 7. Desenhar os eixos
8. Visualização do texto das camadas de solo e do problema 9. Verificação quanto a erros
2. Desenhando os contornos do problema (camadas de solo)
2.1) Na barra de ferramentas View (Toolbar) clicar em Zoom Page. Esta função permite que toda a área definida seja vista.
A partir das coordenadas do traçado: Linha Piezométrica
(0 ; 14) (10 ; 14) (0 ; 11) (15 ; 8) (30; 3) (40; 3)
(20 ; 9) (0 ; 9)
(30 ; 4) (40 ; 4)
(0 ; 0) (40 ; 0)
2.2) No menu Sketch clicar em Lines. Neste ponto estaremos fazendo um esboço do problema, ou seja, estaremos desenhando a estrutura proposta inicialmente.
a. Utilizando o mouse, mover o cursor para as coordenadas (0,14) e clicar com o botão esquerdo do mouse, definindo o primeiro ponto. Mover o cursor para as coordenadas (10,14) e clicar novamente no botão esquerdo do mouse, definindo uma linha que ligará as coordenadas (0,14) à (10,14). Segue-se assim por diante para as seguintes coordenadas: (10,14) à (30,4); (30,4) à (40,4); (40,4) à (40,0); (40,0) à (0,0); (0,0) à (0,14). Clicar no botão direito do mouse para finalizar o contorno externo do croqui. b. Escolher Lines no menu Sketch novamente e marcar as seguintes coordenadas: (0,9) à
(20,9) definindo o limite entre as camadas de solo superior e inferior. Clicar com o botão direito do mouse para finalizar.
c. Em Zoom Toolbar, clicar em Zoom Objects.
3. Definindo as propriedades dos solos e vinculando as camadas
As propriedades do solo deste problema, ou seja os parâmetros de resistência ao cisalhamento e peso específico, estão definidos na figura.
3.1) Escolha Material Properties em KeyIn menu. Seguiremos a seguinte ordem: 1 Morh-Coulomb Camada de solo superior Amarelo (cor escolhida)
Isto é, a primeira coluna identifica a camada (por uma questão de ordem), a segunda coluna o método de análise a ser utilizado, a terceira coluna o nome da camada e a quarta coluna, a cor que identificará a camada no croqui.
Em Basic Parameters definiremos Unit Weight (15), Phi (20) e Cohesion (5), parâmetros que estão apresentados na figura no início do documento. Para finalizar a definição da primeira camada, clicar em Copy.
3.2) Para identificar a segunda camada, seguir os procedimentos anteriores novamente e para finalizar, clicar em Copy.
2 Morh-Coulomb Camada de solo inferior Verde (cor escolhida) Em Basic Parameters definiremos Unit Weight (18), Phi (25) e Cohesion (10).
Se a versão permitir: Para identificar a terceira camada, na janela do método de análise escolheremos Bedrock, clicar em Copy e para finalizar OK.
3 Bedrock Base de rocha Laranja (cor escolhida)
Inserindo as propriedades do solo no croqui
O contorno fechado correspondente a cada camada deverá ser informado e vinculado a cada conjunto de propriedades de cada material.
Em Draw do menu escolha Regions. Em sentido horário clicar sobre os pontos (0 ; 14), (10 ; 14), (20 ; 9), (0 ; 9) e (0 ; 14).
Na janela que aparecerá region properties escolher Material Type 1 , feche a janela em CLOSE, o comando regions continua ativado.
Clicar sobre os pontos (0 ; 9), (20 ; 9), (30 ; 4), (40 ; 4), (40 ; 0), (0 ; 0) e (0 ; 9). Na janela que aparecerá region properties escolher Material Type 2, feche a janela em CLOSE. Finalize o comando com a tecla ESC.
4. Especificando o método de análise
4.1) Em KeyIn do menu escolha Analysis Setting na “orelha” Projct ID identifique o projeto. Na “orelha” Method selecione a opção only Bishop, Ordinary and Janbu.
4.2) Para especificar mais alguns parâmetros do método de análise, novamente clicar em Analysis Setting em KeyIn menu. Na caixa de diálogo, na “orelha”:
PWP selecione a opção Piezometric lines with Ru/B-bar, na “orelha”: Control no item Slip Surface Option selecionar Grid and Radius, no item
Advanced Min. Slip Surface Thickness igual a 0.1 (zero), e no item Tension Crack Option selecionar None e para finalizar Direction of Movement selecionar Left to Right.
5. Desenhando a linha piezométrica
As condições de poropressão nos solos 1 e 2 serão definidas por uma linha piezométrica.
5.1) Escolha Pore Water Pressure em Draw menu. Na caixa de diálogo, selecionar 1 em Piez. Line # e em seguida, selecionar solo 1 (upper soil layer) e solo 2 (lower soil layer). Clicar em Draw.
5.2) Clicar o cursor na coordenada (0,11), criando assim o Ponto 9. Em seguida, para a coordenada (15,8) – Ponto 10, (30,3) – Ponto 11 e (40,3) – Ponto 12. Para finalizar, clicar com o botão direito do mouse e clicar Done.
6. Desenhando o raio e a grelha da superfície de ruptura Radius
6.1) Escolha Slip Surface em Draw menu e em seguida, Radius.
6.2) Clicar o cursor na coordenada (15,4), criando assim o Ponto 13. Em seguida para a posição no sentido anti-horário (15,2) – Ponto 14, (29,2) – Ponto 15, (29,4) – Ponto 16. 6.3) Aparecerá uma caixa de diálogo e designaremos 2 para # of Radius Increments. Para
finalizar, clicar OK. Grelha
6.4) Escolha Slip Surface em Draw menu e em seguida, Grid.
6.5) Clicar o cursor na coordenada (23,25), criando assim o Ponto 17. Em seguida seguindo o sentido anti-horário, para a posição (22,19), 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 (26,19). Um paralelogramo é desenhado do Ponto 17 ao Ponto 18 e ao Ponto 19.
6.6) Em seguida aparecerá uma caixa de diálogo onde colocaremos no incremento X o valor 2 e no incremento Y o valor 3. Clicar OK.
7. Desenhando os eixos
Escolha Axes em Sketch menu.
Na caixa de diálogo em Display, marcar Left Axes, Bottom Axis e Axis Numbers.
Em Axis Titles, escrever em Bottom X – Distance (m) e Left Y – Elevation (m). Para finalizar, clicar OK.
Mova o mouse para a coordenada (0,0) e arraste até a posição (40,25) e solte o botão esquerdo do mouse. Aparecerão as especificações acima.
8. Visualizando o texto das propriedades do solo (camadas) e do problema Propriedades dos solos
Escolha Soil Properties em View menu. Aparecerá uma caixa de diálogo em branco. Clicar o cursor para qualquer ponto dentro do Solo 1. As propriedades do solo aparecerão na caixa de diálogo. Para ver as propriedades de todos os materiais definidos, clicar em All Soils.
Adicionar legendas das definições dos solos
Escolha Text em Sketch menu. Aparecerá uma caixa de diálogo em branco e definiremos a Orientation horizontal.
Selecionar a opção Insert Field e selecionar o material 1 Selecionar somente Description e Material. Clicar o cursor para qualquer ponto dentro do Solo 1. Aparecerão todas as características definidas para o Solo 1.
Para colocar legendas no Solo 2, seguir o mesmo procedimento acima. Para finalizar, clicar em Done.
9. Verificação quanto a erros
A definição do problema deverá ser verificada pelo SLOPE/W para assegurar que os dados foram definidos corretamente. Escolha Verify em Tools menu e selecione o botão Verify. Para finalizar, clicar em Done.
10. Salvar, resolver e visualizar os resultados Salvar o arquivo dos dados do problema Resolver o problema
No menu Tools escolha a opção SOLVE ou escolha nos ícones apresentados pelo SLOPE/W aquele que representa Solve (uma calculadora). Na caixa de diálogo que aparecerá, clicar no botão Start. Terminado o cálculo, ir no menu File e clicar Exit.
Visualizando os resultados
No menu Window escolha a opção CONTOUR ou escolha nos ícones apresentados pelo SLOPE/W aquele que representa Contour (várias curvas de nível). Aparecerá uma outra janela com todas as superfícies de ruptura. Para visualizar cada fator de segurança de cada fatia da superfície de ruptura escolha Slip Surface em Draw menu.
* Para visualizar fatores de segurança por outro método de estabilidade
Escolha Method em View menu e escolha na caixa de diálogo o método que você quer calcular os fatores de segurança. Clicar em OK. Poderemos perceber que os valores dos fatores de segurança mudarão. Para visualizar os resultados, seguir o procedimento do item anterior.
** Para visualizar as forças atuantes em cada fatia da superfície de ruptura
Escolha Reinforcement Information em View menu. Pode-se determinar quaisquer forças atuantes, bastando clicar sobre a fatia de ruptura desejada.
*** Para visualizar o gráfico de resultados
Escolha Graph em Draw menu. Isso para visualizar qualquer grandeza ao lado da variável X.
