Modelagem hidromecânica e análise experimental do adensamento de grandes deformações em sedimentos de reservatórios de barragens

Abstract

Esta tese investiga o comportamento geotécnico de sedimentos acumulados nas bordas de reservatórios de barragens, com ênfase no fenômeno de adensamento sob grandes deformações, típico de solos finos altamente compressíveis e de baixa condutividade hidráulica. A relevância do estudo está associada ao impacto desse processo na estabilidade e na redução do volume útil dos reservatórios, configurando um problema de grande interesse para a Engenharia Geotécnica e a gestão de recursos hídricos. A caracterização geotécnica do material evidenciou comportamento típico de solo argiloso de alta plasticidade, com características bimodais compatíveis com solos tropicais lateríticos. Os ensaios experimentais possibilitaram a obtenção de parâmetros representativos das propriedades hidráulicas e mecânicas, fundamentais para a modelagem do adensamento. Foram desenvolvidas abordagens analítica e numérica, utilizando os softwares Wolfram Mathematica® e COMSOL Multiphysics®, respectivamente. A modelagem analítica baseou-se na solução de Gibson et al. (1967), enquanto a modelagem numérica foi implementada via método dos elementos finitos, incorporando relações constitutivas não lineares e acoplamento hidromecânico. A calibração foi realizada com base em dados experimentais e da literatura. A análise de sensibilidade evidenciou a influência significativa dos parâmetros constitutivos na evolução do adensamento. Os modelos Single Power Function Model (Somogyi, 1979) e Extended Power Function Model (Liu & Znidarcic, 1991) apresentaram melhor ajuste aos dados experimentais, representando adequadamente as relações entre índice de vazios, condutividade hidráulica e tensão efetiva. A comparação entre as soluções analítica e numérica indicou boa concordância nas tendências gerais, embora o modelo numérico tenha demonstrado maior capacidade de representar efeitos não lineares e variações espaciais, especialmente sob dupla drenagem. Observou-se evolução mais acelerada do adensamento na modelagem numérica, refletindo melhor o acoplamento entre fluxo e deformação. Os resultados demonstram que a integração entre ensaios experimentais e modelagem constitui uma abordagem robusta para análise do adensamento de grandes deformações. O modelo numérico apresenta potencial para prever a redução do volume útil de reservatórios, subsidiando estratégias de gestão. Recomenda-se, para estudos futuros, a ampliação da modelagem para condições bidimensionais e tridimensionais, bem como a incorporação de formulações para solos não saturados.