Análise probabilística utilizando campos aleatórios aplicada à estabilidade de aterros sobre solos moles

Abstract

É amplamente reconhecido que as propriedades geotécnicas variam espacialmente devido à composição mineralógica, ao histórico de tensões e aos processos de deposição, mesmo dentro de camadas de solo que parecem ser homogêneas. Recentemente, há estudos para capturar a variabilidade espacial das variáveis de entrada, e campos aleatórios podem ser usados. Inclusive, podem ser implementados juntamente com Método dos Elementos Finitos (MEF) para aplicação de estabilidade de taludes. No presente estudo, buscou-se realizar uma análise probabilística utilizando campos aleatórios aplicada à estabilidade de aterros sobre solos moles. De modo a verificar a implementação de campos aleatórios em casos de estabilidade de taludes, dois trabalhos da literatura foram utilizados. Buscou-se verificar a metodologia para aplicação no estudo de caso, obtendo-se resultados considerados satisfatórios. Para o estudo de caso, foi feita a caracterização estatística dos parâmetros do solo da região em estudo - estaca de um trecho da duplicação da BR-470 em Santa Catarina. Esses dados estatísticos foram utilizados para geração de 5.000 campos aleatórios de resistência não drenada (Su) por meio da metodologia de LAS (do inglês, Local Average Subdivision). Em seguida, esses campos foram introduzidos em um software de elementos finitos para cálculo de fator de redução dos parâmetros de resistência SRF (do inglês, Strength Reduction Factor) considerado equivalente ao fator de segurança. A cada simulação foi armazenado o SRF para obtenção da convergência do valor médio, aplicando-se assim o Método Monte Carlo (MMC). Para valores de SRF inferiores a 1,0, foi considerada a falha do aterro, assim foi possível também quantificar a probabilidade de falha. Como resultado para o estudo de caso, obteve-se um SRF igual a 2,275 e probabilidade de falha igual a 0,54%. Dessa forma, foi realizada a aplicação de campos aleatórios para quantificação da probabilidade de falha de aterro sobre solos moles.

Abstract: It is widely recognized that geotechnical properties vary spatially due to mineralogical composition, stress history and deposition processes, even within soil layers that appear to be homogeneous. Recently, there are studies that capture the spatial variability from input variables and random fields to create models. They can be implemented together with finite element methods (FEM) to calculate slope stability. In the present study, we sought to carry out a probabilistic analysis using random fields applied to the stability of embankments on soft soils. In order to verify the implementation of random fields in cases of slope stability, two articles were used. The methodology provided satisfactory results. It was verified and applied on this case study. A statistical characterization of the soil parameters was carried out for the region of study ? a road embankment of the highway widening of BR-470 in Santa Catarina. These statistical data were used to generate 5,000 undrained shear resistance (Su) random fields using the Local Average Subdivision (LAS) methodology. Then, these fields were introduced in a finite element software to calculate the reduction factor of the resistance parameters Strength Reduction Factor (SRF) considered equivalent to the safety factor. In each simulation, the SRF was stored to obtain the convergence of the average value, thus applying the Monte Carlo method. For SRF values lower than 1.0, an embankment failure was considered, so that it was possible to quantify the failure probability. As a result, the average SRF was equal to 2.275 and the failure probability was equal to 0.54%, which is considered a low value. Random fields were applied to quantify the probability of landfill failure on soft soils.