Aplicação do Método de Monte Carlo para acompanhamento de barragem de enrocamento com núcleo argiloso: análise de deformações e critério de falha

Abstract

A segurança de barragens de aterro contra a ruptura por perda de capacidade de suporte é comumente avaliada pelo método de equilíbrio limite, cujo resultado é um fator de segurança. Essa abordagem necessita do conhecimento prévio da posição de uma cunha de ruptura, desconsidera em partes a variabilidade dos materiais e não fornece informações sobre as tensões e deformações na estrutura. Nos últimos anos, tem ganhado força a realização de análises probabilísticas, comumente descrevendo os materiais constituintes da estrutura com o auxílio de variáveis aleatórias e utilizando-se do Método de Monte Carlo Simples para avaliar a sua probabilidade de falha. O presente trabalho apresenta a análise da segurança de uma barragem de enrocamento com núcleo argiloso, situada em território brasileiro, considerando o modelo tensão-deformação de uma seção transversal e a variabilidade espacial por meio de campos aleatórios para descrever seus parâmetros geomecânicos. Para este problema identificou-se maiores deformações no talude de montante, ocasionadas por deformações diferenciais na interface entre a transição de montante e o núcleo argiloso. Foram determinados os fatores de redução da resistência associados a cada uma das análises por meio do método Shear Strength Reduction, obtendo a média de 1,1038 para 2000 simulações e estes valores foram comparados com análises determinísticas, que mostraram Fatores de Segurança 30% maiores. As deformações obtidas nos modelos também foram comparadas às deformações de campo, observando-se que há boa concordância entre os dados de campo e os dados simulados.

Abstract: The safety of earthfill dams against failure due to loss of bearing capacity is commonly assessed using the limit equilibrium method, which yields a safety factor as its result. This approach requires prior knowledge of the location of a failure surface, partially disregards the variability of materials, and does not provide information about stresses and strains within the structure. In past years, probabilistic analyses have gained prominence, describing the materials constituting the structure using random variables and employing the Monte Carlo Method to evaluate the structure probability of failure.This study presents a stress-strain modeling for a cross-section of a rockfill dam with a clay core located in Brazil, accounting for spatial variability through random fields to describe its geomechanical parameters. For this problem, greater deformations were identified on the upstream slope, caused by differential deformations at the interface between the upstream transition and the clay core. Reduction factors for shear strength associated with each analysis were determined using the Shear Strength Reduction method, yielding an average value of 1.1038 for 2000 simulations. These results were compared with deterministic analyses, which showed safety factors approximately 30% higher. The deformations obtained from the models were also compared with field measurements, revealing good agreement between simulated data and field data.