Abordagem rítmica probabilística aplicada em análises de fluxo e estabilidade de taludes

Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Geotecnia, 2015.

As condições atmosféricas e de fluxo subsuperficial, caracterizadas pelo ritmo e aleatoriedade, são responsáveis pelas mudanças na quantidade de água no solo, sendo sua consideração fundamental para a análise de estruturas geotécnicas. Infelizmente, a quantidade de fenômenos e parâmetros, sua aleatoriedade e o alcance temporal do problema, podem ser citados como fatores que tornam tal análise desafiadora. O objetivo desta pesquisa foi desenvolver um modelo de avaliação do fluxo de água no solo e de estabilidade de taludes que considere o comportamento rítmico do clima e incertezas associadas. O monitoramento e caracterização das condições atmosféricas, de umidade e sucção de um perfil de solo tropical entre 2010 a 2013 compreendem as bases para a metodologia da pesquisa. Foi proposto um arcabouço teórico que combina equações que descrevem o comportamento do solo, condições de contorno especiais, para modelagem da interação dos maciços com a atmosfera (i.e., precipitação, evapotranspiração, escoamento) e condições subsuperficiais. O modelo desenvolvido foi implementado utilizando o programa FlexPDE. Para a análise de estabilidade foi empregado o programa SAFE-DF. Foram empregados os métodos probabilísticos FOSM e APEM, considerando como incertezas parâmetros hidráulicos, de resistência e do clima. O monitoramento das condições do campo experimental permitiram a avaliação das técnicas de medição e a análise dos dados atmosféricos, nível do lençol freático e umidade e sucção do solo segundo o comportamento rítmico. A análise transiente de fluxo durante dois anos ofereceu boas previsões dos resultados obtidos durante o monitoramento em campo. Foram identificadas as influências das condições atmosféricas na camada superficiais do terreno e do fluxo subsuperficial nas camadas inferiores. Foram ainda obtidas as distribuições probabilísticas dos perfis de poropressão e discutidas várias metodologias de simplificação das condições de contorno. Pela aplicação da abordagem rítmica probabilística na avaliação dos taludes hipotéticos foi obtido um extenso conjunto de dados que fornecem a variação da probabilidade de ruptura e dos fatores de contribuição dos parâmetros considerados incertos ao longo de um ano chuvoso crítico e dois cenários de chuvas máximas, de diferentes durações. Os resultados obtidos favorecem a tomada de decisões e o gerenciamento de riscos na Geotecnia. ____________________________________________________________________________________ ABSTRACT

The atmospheric condition, characterized by its rhythm and randomness, is the main cause for the change of water amount in the soil and its consideration in the flow analysis is essential for understanding and predicting the behavior of several types of geotechnical applications. The objective of this research is to develop an evaluation model of water flow in the soil and slope stability that considers the rhythmic behavior of the climate and the uncertainties related to the soil. The characterization and monitoring of water content and suction of a tropical soil profile are the basis for the methodology of this research which focuses on two practical applications: a probabilistic forecast of suction profiles considering the monitored tropical profile; and the analysis of the influence of the climatological rhythm in a system performance variable of two hypothetical slopes with different conditions of water level variation. The flow boundary conditions considered were: precipitation, evapotranspiration and groundwater flow. The analysis flow and tension were performed in FlexPDE software and the stability analysis at the program Safe-DF. Two probabilistic methods were used (FOSM and APEM) and the uncertainties considered were: properties associated with moisture flow, stability analyses and climate. The monitoring of experimental field was carried out from 2010 to 2013, allowing the evaluation of measurement techniques and the analysis of atmospheric data, water level, soil water content and soil suction according to the rhythmic behavior. A numerical model for moisture flow with duration of two years was implemented and water content and suction results were compared with the data monitored and considered satisfactory. The probability density function of pore pressure profiles was also obtained and various methods of simplifying boundary conditions were discussed. The rhythmic probabilistic approach was used to evaluate the hypothetical slope resulting in complex set of data that provides the variation of the probability of failure and sensitivity of uncertain parameters over a critical wet year, and two maximum precipitation events, considering different duration of the precipitation. The results favor the decision support system and the risk management in Geotechnical.