Modelagem mecânica de feições cársticas via método de elementos finitos

Feições cársticas são cavidades formadas a partir do processo lento de dissolução exercido pela água em rochas solúveis como evaporítos e carbonatos. Dependendo da região onde ocorra o processo de formação do carste, este pode apresentar-se com diferentes geometrias e em diferentes escalas. As feições cársticas podem se estabelecer em subsuperfície sob estruturas e infraestruturas, bem como no interior de reservatórios de petróleo, e podem levar a perdas econômicas e gerar situações de risco de colapso. Dada a importância do problema, este trabalho consiste na análise do comportamento de tensão-deformação considerando processos de deformação de um corpo rochoso por alívio interno de tensões decorrentes do processo de carstificação, empregando o programa em elementos finitos CODE_BRIGHT. Foram então avaliadas as deformações e tensões nas rochas capeadoras e circundantes das cavidades, incluindo os possíveis casos de reativação de falhas geológicas e geração de zonas de cisalhamento que podem ter como consequência danos a instalações presentes na superfície da formação rochosa. A primeira análise desta dissertação foi realizada no intuito de validar o algoritmo de escavação através da solução analítica de Kirsch. Em seguida, foi modelado um cenário com a presença de três feições cársticas geradas em um reservatório, sobreposto por quatro camadas rochosas de propriedades distintas. Esse cenário foi submetido a uma tensão vertical em rampa de 11,2 Mpa, simultaneamente ao processo de escavação dos carste. Empregou-se uma análise elastoplástica adotando o modelo de Mohr-Coulomb com comportamento de plasticidade perfeita e com comportamento de softening. Considerou-se um esquema de integração de tensões explícito do tipo Runge Kutta Dormand Price e uma regularização viscosa via Modelo Viscoplástico de Perzyna. Observou-se que o caso analisado com comportamento de softening representou melhor os impactos gerados na formação devido a gênese de feições cársticas. Um terceiro cenário consistiu na mesma situação tratada no problema 2, porém considerando a inserção de descontinuidades nas camadas capeadoras da formação rochosa, com isso foram avaliados os impactos da gênese das cavidades na possibilidade de reativação de falhas. Nesses casos, constatou-se que a formação de cavernas de dissolução produzem deformações nos maciços rochosos e subsidências no topo dessas formações, zonas de fraqueza e reativação de falhas. Por fim, observou-se que as falhas que sofrem processos de reativação, encontram-se mais próximas das cavidades.