Determination of stresses around a cylindrical single pile caused by horizontal movements of soils with the finitive element method

This study was carried out with the aim of modeling in 2D, in plain strain, the movement of a soft cohesive soil around a pile, in order to enable the determination of stresses resulting along the pile, per unit length. The problem in study fits into the large deformations problem and can be due to landslide, be close of depth excavations, to be near of zones where big loads are applied in the soil, etc. In this study is used an constitutive Elasto-Plastic model with the failure criterion of Mohr-Coulomb to model the soil behavior. The analysis is developed considering the soil in undrained conditions. To the modeling is used the finite element program PLAXIS, which use the Updated Lagrangian - Finite Element Method (UL-FEM). In this work, special attention is given to the soil-pile interaction, where is presented with some detail the formulation of the interface elements and some studies for a better understand of his behavior. It is developed a 2-D model that simulates the effect of depth allowing the study of his influence in the stress distribution around the pile. The results obtained give an important base about how behaves the movement of the soil around a pile, about how work the finite element program PLAXIS and how is the stress distribution around the pile. The analysis demonstrate that the soil-structure interaction modeled with the UL-FEM and interface elements is more appropriate to small deformations problems.

Este trabalho final de mestrado tem como objectivo efectuar a modelação bidimensional (2D), do movimento de um solo argiloso à volta de uma estaca de forma a possibilitar a determinação das tensões resultantes ao longo da estaca por unidade de comprimento. O problema em estudo enquadra-se no problema de grandes deformações e pode dever-se: a um deslizamento de terras; a encontrar-se junto a escavações profundas; a encontrar-se junto a uma zona onde grandes cargas sejam transmitidas ao solo; etc. Neste estudo é utilizado um modelo constitutivo elásto-plástico com o critério de rotura de Mohr-Coulomb para modelar o comportamento do solo. A análise é efectuada considerando o solo em condições não drenadas. Será utilizado o programa de elementos finitos PLAXIS que usa o Update Lagrangian - Finite Element Method (UL-FEM). Neste trabalho é dada uma especial atenção à interação solo-estaca, onde é apresentado com algum pormenor a formulação dos elementos de interface e alguns estudos paramétricos que permitem um melhor entendimento do seu comportamento. É desenvolvido um modelo bidimensional que simula o efeito da profundidade, permitindo assim o estudo da sua influência na distribuição das tensões à volta da estaca. Os resultados obtidos neste trabalho fornecem uma importante base acerca de como funciona o movimento do solo à volta de uma estaca, o programa de elementos finitos PLAXIS e a distribuição das tensões na estaca. A análise efectuada mostra que a modelação da interação solo-estaca com o UL-FEM e com os elementos de interface é mais adequada para problemas de pequenas deformações.