Implementação de métodos probabilísticos na análise de estabilidade de taludes: aplicação em talude de solo residual de gnaisse em Joinville

Abstract

Este trabalho objetiva apresentar a implementação da abordagem probabilística na análise de estabilidade geotécnica, empregando métodos determinísticos e probabilísticos em um talude de solo residual de gnaisse localizado em terreno pertencente à Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC) na Curva do Arroz, em Joinville-SC. A aplicação apresentada se trata de um problema com incertezas principalmente em dois parâmetros de resistência ao cisalhamento do solo gnáissico-migmatítico regional: coesão e ângulo de atrito. Estas incertezas influenciam consideravelmente na estabilidade de taludes, e sua inclusão em análises permite a avaliação da confiabilidade dos resultados obtidos e na respectiva probabilidade de desempenho insatisfatório do talude, em oposição às análises determinísticas tradicionais. A abordagem probabilística não substitui, no entanto, as abordagens determinísticas, mas se constitui em uma abordagem adicional de notável relevância em problemas envolvendo considerável número de incertezas. Neste trabalho foram empregados cinco métodos determinísticos para verificação da estabilidade de taludes, todos baseados no equilíbrio-limite, com destaque ao método proposto por Morgenstern e Price, considerado base para implementação dos métodos probabilísticos. Essas abordagens probabilísticas, por sua vez, basearam-se em três métodos: o Método do Segundo Momento de Primeira Ordem (FOSM), o Método das Estimativas Pontuais (PEM) e o Método de Simulação de Monte-Carlo (MSM). Os resultados obtidos foram comparados, verificando similaridades e divergências entre os métodos, permitindo a avaliação da adequabilidade e aplicabilidade dos mesmos. Na abordagem determinística, fatores de segurança e superfícies de provável ruptura muito similares foram obtidas entre os métodos de Bishop simplificado, Spencer e Morgenstern e Price, enquanto na abordagem probabilística, maior confiabilidade e menores valores para a probabilidade de desempenho insatisfatório foram obtidos para o MSM em comparação aos demais métodos avaliados.

This work aims to present the implementation of the probabilistic approach in geotechnical stability analysis, using deterministic and probabilistic methods on a residual gneiss soil slope located in a terrain belonging to the Federal University of Santa Catarina (UFSC) at Curva do Arroz, in Joinville-SC. The application presented is about a problem with uncertainties mainly in two parameters of shear strength of the regional gneiss-migmatitic soil: cohesion and friction angle. These uncertainties have a considerable influence on slope stability, and their inclusion in analysis allows the evaluation of the reliability of the results obtained and the respective probability of unsatisfactory performance of the slope, as opposed to traditional deterministic analysis. The probabilistic approach, however, does not replace the deterministic approaches, but consists in an additional approach of notable relevance in problems involving a considerable number of uncertainties. In this work, five deterministic methods were used to verify slope stability, all based on limit-equilibrium, with emphasis on the method proposed by Morgenstern and Price, which was considered basis for the implementation of probabilistic methods. These probabilistic approaches, on the other hand, were based on three methods: the First Order Second Moment Method (FOSM), the Point Estimate Method (PEM) and the Monte-Carlo Simulation Method (MSM). The results obtained were compared, verifying similarities and differences between the methods, allowing the evaluation of their suitability and applicability. In the deterministic approach, very similar safety factors and probable failure surfaces were obtained between the simplified Bishop, Spencer and Morgenstern and Price methods, while in the probabilistic approach, higher reliability and lower values for the probability of unsatisfactory performance were obtained for the MSM compared to the other evaluated methods.