Mecânica da fratura linear elástica aplicada na análise de estabilidade de taludes de rocha empregando o CVBM

Abstract

O fenômeno da propagação de fraturas é fundamental em taludes rochosos, onde descontinuidades formam sistemas de ruptura que se mantêm estáveis devido a pontes de rocha intacta. A estabilidade é afetada quando as fraturas se propagam, criando superfícies contínuas que facilitam o deslizamento ou a queda de material. A Mecânica da Fratura Linear Elástica (MFLE) aborda a propagação de fraturas em meios elásticos, exceto na ponta da fratura, onde a fratura se propaga e o fenômeno de concentração de tensões é significativo. Para investigar esse fenômeno, são empregadas alternativas computacionais como os “Extended Finite Element Method” (XFEM) e “Discrete Element Method” (DEM), que, embora eficazes, enfrentam limitações devido ao alto custo computacional. Dessa forma, este estudo examina a viabilidade de integrar conceitos da MFLE na avaliação da estabilidade de taludes de rocha fraturada utilizando o “Continuum Voronoi Block Model” (CVBM), uma abordagem pseudodescontínua, baseada em partículas, que utiliza a tesselação de Voronoi e as juntas de Goodman. Disponível no software RS2 (versão 11.0.2.0), esse modelo, por ser estruturado em elementos finitos, reduz significativamente o tempo de processamento em comparação com as alternativas mencionadas. Para a calibração do modelo com a metodologia proposta, além das propriedades de deformabilidade e resistência à tração, a tenacidade à propagação da fratura no modo I é calibrada por meio do ensaio “Center Cracked Tension”. O desempenho em outras condições de contorno é avaliado com testes nos ensaios “Semi-Circular Bending” e “Cracked Straight Through Brazilian Disc”, permitindo concluir que a propriedade de tenacidade à fratura no modo I foi calibrada com sucesso. O material calibrado é aplicado a duas tipologias de taludes com geometrias simplificadas, como um bloco deslizando sobre um plano de descontinuidade e um talude com uma fratura centrada, permitindo comparação com abordagens teóricas baseadas na MFLE. A estabilidade também é avaliada em geometrias complexas, que configuram os mecanismos de ruptura planar, tombamento e espalhamento lateral. Os resultados são comparados com outras metodologias, como o Equilíbrio Limite e o modelo Mohr Coulomb Elastoplástico, demonstrando que o modelo proposto representa adequadamente os mecanismos avaliados, apresentando diferenças significativas em relação às metodologias contrastadas.