miguel alexandre araújo pereira modelagem hidromecânica do comportamento de um aterro

82 Pages·2017·18 MB·Portuguese

by  Manoel Pereira

UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE
CENT RO DE TECNOLOGIA
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL

MIGUEL ALEXANDRE ARAÚJO PEREIRA

MODELAGEM HIDROMECÂNICA DO COMPORTAMENTO
DE UM ATERRO INDUSTRIAL

NATAL-RN
2017
Miguel Alexandre Araújo Pereira

Modelagem hidromecânica do comportamento de um aterro industrial

Trabalho de Conclusão de Curso na modalidade
Monografia, submetido ao Departamento de
Engenharia Civil da Universidade Federal do Rio
Grande do Norte como parte dos requisitos
necessários para obtenção do Título de Bacharel em
Engenharia Civil.

Orientador: Osvaldo de Freitas Neto.

Natal-RN
2017
Universidade Federal do Rio Grande do Norte – UFRN
Sistema de Bibliotecas – SISBI
Catalogação da Publicação na Fonte - Biblioteca Central Zila Mamede

Pereira, Miguel Alexandre Araújo.
Modelagem hidromecânica do comportamento de um aterro industrial /
Miguel Alexandre Araújo Pereira. - Natal, 2017.
82 f. : il.

Monografia (graduação) - Universidade Federal do Rio Grande do
Norte, Centro de Tecnologia, Departamento de Engenharia Civil. Natal,
RN, 2017.
Orientador: Prof. Dr. Osvaldo de Freitas Neto.

1. Modelagem hidromecânica - Monografia. 2. Taludes - Estabilidade -
Monografia. 3. Fluxo de água - Monografia. 4. Simulação computacional -
Monografia. I. Freitas Neto, Osvaldo de. II. Título.

RN/UF/BCZM CDU 63
Miguel Alexandre Araújo Pereira

Modelagem hidromecânica do comportamento de um aterro industrial

Trabalho de conclusão de curso na modalidade
Monografia, submetido ao Departamento de
Engenharia Civil da Universidade Federal do Rio
Grande do Norte como parte dos requisitos
necessários para obtenção do título de Bacharel em
Engenharia Civil.

Aprovado em 10 de Fevereiro de 2017:

___________________________________________________
Prof. Dr. Osvaldo de Freitas Neto – Orientador

___________________________________________________
Prof. Dr. Olavo Francisco dos Santos Júnior – Examinador interno

___________________________________________________
Prof. Dr. Carlos Enrique de Medeiros Jerônimo – Examinador externo

Natal-RN
2017
DEDICATÓRIA

“The greatest prison people live in, is the fear of what other people think”
(David Icke)

Aos meus familiares.
.
AGRADECIMENTOS

Primeiramente aos meus familiares por toda educação, dedicação e amor. Sem dúvida,
são os protagonistas dessa jornada que se conclui com a apresentação deste trabalho, em
especial, minha mãe Jeane Maria e meu irmão Manoel Pereira. Foram, de fato, a maior
motivação para sempre continuar seguindo independentemente dos cenários enfrentados. O
meu caráter, também devo a vocês.
Ao meu orientador, Dr. Osvaldo de Freitas Neto, pela permanente disposição e por todo
conhecimento transmitido antes e durante a elaboração do presente trabalho de conclusão de
curso.
Ao engenheiro Dr. Carlos Enrique de Medeiros Jerônimo por todos ensinamentos,
confiança e oportunidades.
A todos amigos que participaram em algum momento da minha vida. Minha postura
acadêmica e profissional deve-se, grandemente, a contribuição de cada um de vocês.
A Ingrid Alexia Silvério Freire pela incansável motivação e companheirismo nas mais
diversas situações, além de todos os momentos de alegria e sonhos compartilhados.

Muito obrigado a todos.
RESUMO

MODELAGEM HIDROMECÂNICA DO COMPORTAMENTO DE UM ATERRO
INDUSTRIAL

Autor: Miguel Alexandre Araújo Pereira
Orientador: Dr. Osvaldo de Freitas Neto
Departamento de Engenharia Civil - UFRN
Natal, Fevereiro de 2017

A exploração e produção de petróleo no Brasil possui uma geração substancial de
resíduos. Dada a atual conscientização por parte das empresas e a legislação ambiental mais
atuante, fatalmente se faz necessário um armazenamento temporário a uma destinação final
ambientalmente correta de resíduos, como são os aterros não envelopados (diques) de solo. O
presente trabalho objetiva diagnosticar a situação de um aterro industrial de resíduos perigosos
e não perigosos no interior do estado do Rio Grande do Norte, no que diz respeito a estabilidade
de seus taludes, utilizando o SLOPE/W e o SEEP/W, softwares do pacote GeoStudio da
Geoslope Internacional. Para isto, foram modelados diversos cenários condizentes com a
realidade existente e praticada no aterro hoje, considerando também situações extremas de
pluviosidade e/ou carregamento. Concluídas as análises dos cenários, por diferentes métodos
de equilíbrio limite, comparando-se com valores normativos e estudar sobre a influência dos
parâmetros variáveis que afetam a referida estrutura. Com a adição de carregamento externo e
precipitação às análises de talude, observou-se uma redução de até 64% no Fator de Segurança
do talude mais crítico, com maior altura, apesar de que, ainda com essa redução, permaneceu
garantida a segurança de seus taludes dentro dos valores normativos. Conclui-se, então, que os
resultados foram coerentes e satisfatórios, pois demonstrou a influência da perda da coesão e
redução da sucção do solo devido ao avanço da frente de umedecimento.

Palavras-chave: Modelagem hidromecânica; Estabilidade de Taludes; Fluxo de água; Simulação
Computacional.
ABSTRACT

HYDROMECHANICAL MODELING OF THE BEHAVIOR OF AN INDUSTRIAL
LANDFILL

Author: Miguel Alexandre Araújo Pereira
Advisor: Dr. Osvaldo de Freitas Neto
Department of Civil Engineering, Federal University of Rio Grande do Norte, Brazil
Natal, February 2017

The oil exploration and production industry of Brazil has a major waste production. Given the
current awareness of the companies and the more active environmental legislation, it is
necessary to have an appropriate temporary storage prior to an environmentally correct disposal
of waste, such as the non-enveloped landfills (dam). This paper aims to diagnose the situation
of and industrial landfill of hazardous and non-hazardous waste of the countryside in the state
of Rio Grande do Norte, related to the stability of its slopes, using Geostudio’s integrated
products SLOPE/W and SEEP/W, from Geoslope International. In order to this, several
scenarios were modeled stimulating real and current conditions of the landfill and also
considering extreme situations of rainfall and loading. After the analyses of the scenarios, using
various equilibrium limit methods, it was possible to compare to normative values and study
about the influence of the variable parameters that affect the referred structure. Adding the
external load and rainfall to the slope analysis, it was observed a decrease of 64% on the Factor
of Safety of the critical slope and, even so, the safety of its slopes remained within the normative
values. Therefore, it was possible to conclude that the results were coherent and satisfactory,
since it was demonstrated the influence of the loss of cohesion and reduction of soil suction due
to the advance of wetting front.

Keywords: Hydromechanical modeling; Slope Stability; Water flow; Computacional Simulation.
SUMÁRIO

1. INTRODUÇÃO ........................................................................................................ 16
1.1 CONSIDERAÇÕES INICIAIS .......................................................................................... 16
1.2 DESCRIÇÃO GERAL DA ÁREA DE TRABALHO .............................................................. 18
1.3 OBJETIVO GERAL ...................................................................................................... 19
1.4 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ............................................................................................ 19
1.5 JUSTIFICATIVA ........................................................................................................... 19
1.6 ESTRUTURA DO TRABALHO ....................................................................................... 20
2. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA .......................................................................... 21
2.1 ESTABILIDADE DE TALUDES ...................................................................................... 21
2.2 GENERALIDADES SOBRE MECÂNICA DOS SOLOS NÃO SATURADOS ............................. 24
2.3 RESISTÊNCIA AO CISALHAMENTO DE SOLOS NÃO SATURADOS ................................... 25
3. MATERIAIS E MÉTODOS ................................................................................... 28
3.1 LEVANTAMENTO DE DADOS TOPOGRÁFICOS E GEOMÉTRICOS .................................... 28
3.2 OBTENÇÃO DOS PARÂMETROS DO SOLO ..................................................................... 29
3.3 CÁLCULO DO CARREGAMENTO ATUANTE .................................................................. 31
3.4 LEVANTAMENTO E CÁLCULO DAS PRECIPITAÇÕES ..................................................... 32
3.5 ANÁLISE COMPUTACIONAL ........................................................................................ 33
3.6 CENÁRIOS MODELADOS ............................................................................................. 35
3.7 CALIBRAÇÃO DO MODELO ......................................................................................... 39
4. RESULTADOS E DISCUSSÃO ............................................................................. 42
4.1 ANÁLISE DE ESTABILIDADE SEM CONSIDERAÇÃO DE FLUXO (CENÁRIOS 01 E 02) ...... 42
4.2 ANÁLISE DE ESTABILIDADE COM CONSIDERAÇÃO DE FLUXO (CENÁRIOS 03 E 04) ..... 45
5. CONCLUSÕES ........................................................................................................ 53
6. REFERÊNCIAS ....................................................................................................... 55
7. ANEXO ..................................................................................................................... 58
8. APÊNDICE ............................................................................................................... 62
A – ANÁLISE DE FLUXO TRANSIENTE AO LONGO DO TEMPO .................... 62
B – TUTORIAL DO USO DO SLOPE/W .................................................................... 68
C – TUTORIAL DO USO DO SEEP/W ....................................................................... 77
ÍNDICE DE FIGURAS

Figura 1 – Vista aérea do Aterro Industrial antes de sua operação .......................................... 18
Figura 1 – Discretização de fatias de uma massa de deslizamento e suas forças atuantes ....... 22
Figura 2 – Seção transversal – Dados geométrico .................................................................... 29
Figura 2 – Veículo de carga utilizado em carga e descarga no Aterro Industrial ..................... 31
Figura 3 – Esquema da aplicação da carga pelo eixo triplo ..................................................... 32
Figura 4 – Seção Transversal da estrutura do Aterro Industrial ............................................... 36
Figura 5 – Distribuição espacial da coesão – Frente de Umedecimento .................................. 37
Figura 6 – Malha de elementos finitos utilizada no SEEP/W .................................................. 38
Figura 7 – Curva de Retenção e função da condutividade hidráulica do solo Tipo C ............. 39
Figura 8 – Resultado final da análise de fluxo transiente – Modelo de calibração .................. 40
Figura 9 – Resultado final da análise de fluxo transiente – Modelo calibrado ........................ 40
Figura 10 – Resultado da análise de estabilidade – Condição inicial de pressão ..................... 41
Figura 11 – Análise comparativa entre os FS do Cenário 01 ................................................... 42
Figura 12 – Superfície potencial de ruptura – Cenário 01 (c = 0 kPa) ..................................... 43
Figura 13 – Perfil de pressão inicial – Fluxo estabilizado ........................................................ 45
Figura 14 – Perfil de pressão final – Fluxo transiente .............................................................. 45
Figura 15 – Superfície Potencial de Ruptura – Cenário 03 - Método de Morgenstern-Price (t =
0h) ............................................................................................................................................. 47
Figura 16 – Superfície Potencial de Ruptura – Cenário 03 - Método de Morgenstern-Price (t =
48h) ........................................................................................................................................... 47
Figura 17 – Superfície Potencial de Ruptura – Cenário 04 - Método de Bishop (t = 0h) ........ 49
Figura 18 – Superfície Potencial de Ruptura – Cenário 04 - Método de Bishop (t = 48h) ...... 49
Figura 19 – Superfície Potencial de Ruptura - Cenário 03-Método de Bishop - FS = 2,50 (t =
48h) ........................................................................................................................................... 50
Figura 20 – Superfície Potencial de Ruptura - Cenário 04 - Método de Bishop - FS = 2,50 (t =
48h) ........................................................................................................................................... 51
Figura 21 – Laudo de Sondagem SPT SP-03 ........................................................................... 58
Figura 21 – Laudo de Sondagem SPT SP-01 ........................................................................... 59
Figura 21 – Laudo de Sondagem SPT SP-02 ........................................................................... 60
Figura 21 – Laudo de Sondagem SPT SP-04 ........................................................................... 61
Figura 21 – Tela do resultado do SEEP/W – Análise fluxo estabilizado (t = 0h) .................... 62
Figura 22 – Tela do resultado do SEEP/W – Análise fluxo transiente (t = 4.8 h) ................... 62