Divisão de Engenharia Civil Ano: 2023
(Turma 2023, TGs 2023)
Simulação de ensaios de resistência em solos via método dos elementos discretos (MED) (pdf 3,4 MB)
Autor: Vinicius de Souza Lima
Orientador(es): José Antônio Schiavon
Relator(es): Paulo Ivo Braga de Queiroz
Ano: 2023
Resumo:
A geotecnia é uma área que muito se beneficia por métodos computacionais, pois permitem modelar comportamentos complexos que podem não possuir soluções analíticas, sendo o método dos elementos finitos a metodologia mais usada. O Método dos Elementos Discretos é outra metodologia que tem sido cada vez mais utilizada na simulação de solos. Em especial na área de ensaios de resistência, o MED tem mostrado ser capaz de representar adequadamente o comportamento experimental de solos. A lacuna de pesquisa percebida nessa área foi na existência de abordagens genéricas que explicassem de forma simplificada como proceder para reproduzir resultados experimentais de ensaios de resistência em solos utilizando partículas esféricas. O propósito deste trabalho é proporcionar uma linha diretriz inicial para simulações com MED na instituição, pela sugestão e estudo de abordagens para simular ensaios de cisalhamento direto e de compressão triaxial por meio do método dos elementos discretos, bem como pela análise da eficácia dessas abordagens ao comparar os resultados das simulações com curvas experimentais. O trabalho foi feito com o framework de código aberto Yade. As partículas foram consideradas como esféricas com resistência ao rolamento. Os resultados experimentais usados para comparação foram fornecidos pelo orientador e consistiram da areia Hostun HN38. Foi possível perceber que os modelos conseguiram reproduzir relativamente bem determinados resultados de ensaios experimentais, como tensão de pico, tensão residual e ângulo de atrito. Entretanto, os modelos adotados tendem a apresentar maior divergência com o aumento das pressões utilizadas. Além disso, a consideração de apenas partículas esféricas limita o ajuste fino dos modelos, que apresentaram elevados erros percentuais ao longo das simulações, e afeta considerações de resistência e amortecimento do rolamento. A principal contribuição desse trabalho foi apresentar um procedimento simplificado para obtenção de resultados qualitativamente de acordo com os obtidos experimentalmente, que podem passar por ajuste fino por meio de considerações de granulometria e angularidade das partículas. Abstract:
Geotechnics is an area that greatly benefits from computational methods, as they allow
for the modeling of complex behaviors that may not have analytical solutions, with the
finite element method being the most used methodology. The Discrete Element Method
is another methodology that has been increasingly used in soil simulation. Particularly in
the area of strength tests, the DEM has proven to be capable of adequately representing
the experimental behavior of soils.
The research gap perceived in this area was in the existence of generic approaches that
explained in a simplified manner how to proceed to reproduce experimental results of soil
strength tests using spherical particles.
The purpose of this work is to provide an initial guideline for DEM simulations at the
institution, by suggesting and studying approaches to simulate direct shear and triaxial
compression tests through the discrete element method, as well as by analyzing the efficacy
of these approaches when comparing the results of the simulations with experimental
curves.
The work was done with the open-source framework Yade. The particles were considered spherical with rolling resistance. The experimental results used for comparison
were provided by the advisor and consisted of HN38 Hostun sand.
It was possible to perceive that the models managed to reproduce relatively well certain experimental test results, such as peak stress, residual stress, and angle of friction.
However, the adopted models tend to show greater divergence with the increase of the
pressures used. In addition, the consideration of only spherical particles limits the fine-
tuning of the models, which showed high percentage errors throughout the simulations,
and affects considerations of strength and rolling damping.
The main contribution of this work was to present a simplified procedure for obtaining qualitatively accurate results compared to those obtained experimentally, which can
undergo fine-tuning through considerations of particle size distribution and angularity.
