[pt] MODELAGEM NUMÉRICA DE PROBLEMAS GEOTÉCNICOS DE GRANDES DEFORMAÇÕES MEDIANTE O MÉTODO DO PONTO MATERIAL

[en] NUMERICAL MODELING OF GEOTECHNICAL PROBLEMS OF LARGE DEFORMATIONS USING THE MATERIAL POINT METHOD

[pt] FABRICIO FERNANDEZ

[pt] GRANDES DEFORMACOES

[pt] PROCESSO GEOLOGICO

[pt] ACOPLAMENTO FLUIDO MECANICO

[pt] METODO DO PONTO MATERIAL

[pt] DESLIZAMENTOS DE SOLO EM TALUDES

[pt] FLUXO DE DETRITOS

[en] LARGE STRAIN

[en] GEOLOGICAL PROCESS

[en] HYDROMECHANICAL COUPLED ANALYSIS

[en] MATERIAL POINT METHOD

[en] SOIL DISPLACEMENTS ON SLOPES

[en] DEBRIS FLOW

[pt] Os problemas geotécnicos e geológicos envolvem a descrição do comportamento de materiais tais como solo e rocha e sua eventual interação com fluidos e estruturas. Em geral, a evolução desses problemas é caracterizada por grandes deformações e deslocamentos, descontinuidades, heterogeneidades e um comportamento constitutivo complexo. A abordagem deste tipo de problemas requer técnicas numéricas que levem em conta essas características, sem apresentar inconvenientes numéricos associados à distorção dos elementos como acontece no método dos elementos finitos (FEM). A presente tese desenvolve um algoritmo computacional baseado no método do ponto material (MPM) para aproximar a solução das equações governantes dos fenômenos mencionados. O algoritmo é baseado numa formulação dinâmica tridimensional do contínuo, considerando grandes deformações. Os amortecimentos de Rayleigh o local não viscoso são incorporados para modelar problemas dinâmicos e quase-estáticos. A geração dinâmica das poro-pressões é formulada assumindo o meio poroso saturado e um ponto material para discretizar a mistura. Diversas técnicas de suavização das pressões são avaliadas em problemas de impacto sobre meios saturados. Diferentes modelos constitutivos são implementados para modelar tanto a formação da superfície de ruptura e o processo de escoamento da massa de solo durante as instabilidades, quanto a gênese, evolução e quantificação de zona de falhas nos processos geológicos. Para a abordagem da discretização de problemas de escala geológica de grande número de partículas usando o MPM, uma metodologia é proposta e verificada com a discretização do deslizamento do Daguangbao, na China. Visando à diminuição do tempo computacional, o algoritmo é implementado segundo o paradigma de programação paralela.

[en] Geotechnical and geological problems involve the description of the behavior of materials such as soil and rock, and their eventual interaction with fluids and structures. In general, the evolution of these problems is characterized by large deformations and displacements, discontinuities, heterogeneities and complex constitutive behavior. Addressing these problems requires numerical techniques that take these characteristics into account, without numerical drawbacks associated with element distortion as occurs in the finite element method (FEM). In this thesis is developed a computational algorithm based on the material point method (MPM) to approximate the solution of the governing equations to the mentioned phenomena. The algorithm is based on a three-dimensional dynamic formulation of the continuum considering large deformations. Rayleigh damping and non-viscous local damping are incorporated to model dynamic and quasi-static problems. The dynamic generation of pore pressures is formulated assuming the saturated porous medium and a single material point to discretize the mixture. Different techniques are evaluated to mitigate spurious pressure in impact problems on saturated media. Different constitutive models are implemented to model the failure surface and the soil mass flow process during slope instabilities, as well as the genesis, evolution and failure zone quantification in geological processes. To address the discretization of large-scale geological problems using MPM, a methodology is proposed and validated with the discretization of the Daguangbao landslide, in China. In order to decrease the computational time, the algorithm is implemented according to the parallel programming paradigm.

EURIPEDES DO AMARAL VARGAS JUNIOR

ANDRE LUIS MULLER

LUIZ FERNANDO CAMPOS RAMOS MARTHA

EURIPEDES DO AMARAL VARGAS JUNIOR

IVAN FABIO MOTA DE MENEZES

ANDRE LUIS MULLER

DANIEL DIAS

2021-05-18

2020-02-04

[pt] TEXTO

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PORTUGUÊS

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https://doi.org/10.17771/PUCRio.acad.52771