Estabilidade de taludes : avaliação dos métodos de equilíbrio limite aplicados a uma encosta coluvionar e residual da Serra do Mar paranaense

Abstract

Resumo: O Brasil possui aproximadamente 14.000km de dutos em todo o seu território para transporte de gás natural e derivados de petróleo. Grande parte desses dutos atravessa regiões serranas, como a Serra do Mar. Esse fato evidencia a necessidade de monitorar a estabilidade das encostas, a fim de se evitar acidentes com graves conseqüências ambientais, sociais e econômicas. O procedimento de cálculo mais utilizado para estabilidade de taludes é o método de equilíbrio limite, que define um fator de segurança para a encosta através da relação entre a força resistente e a força cisalhante do solo. É um método simplificado, que utiliza valores médios para os parâmetros de resistência do solo, tais como coesão e ângulo de atrito. Para considerar a variação desses parâmetros é possível realizar análises probabilísticas, que incluem o desvio padrão de cada variável e fornecem a probabilidade de ruptura e o índice de confiabilidade da encosta. Neste trabalho foi analisado um talude da Serra do Mar paranaense, no município de Guaratuba, pelo qual passam dois oledutos, um gasoduto, uma linha de transmissão de energia e, ao seu pé, uma rodovia federal. Essa encosta, que possui aproximadamente 100m de altura, já apresentou sinais de instabilidade, razão pela qual foram instalados dispositivos de drenagem como canaletas superficiais e drenos sub-horizontais profundos, além da realização de obras de contenção em dois pontos da sua superfície. O objetivo dessa pesquisa foi analisar métodos bastante utilizados de equilíbrio limite, como Fellenius, Janbu, Bishop, Morgenstern & Price e Spencer, paralelamente a um vasto estudo dos parâmetros de resistência do solo mais adequados à região e à verificação da eficiência dos sistemas de ancoragem e drenagem instalados. Para tanto, análises determinísticas e probabilísticas foram realizadas em diversos trechos da encosta, utilizando-se o programa Slope-W da Geo Slope. Essas análises abordaram dois cenários de parâmetros de resistência do solo, um otimista e outro pessimista, e consideraram uma variação do nível d’água para avaliar a eficiência do sistema de drenagem. Verificou-se que métodos mais simplificados, como Janbu e Fellenius, apresentam resultados semelhantes aos de métodos mais rigorosos, como Morgenstern & Price e Spencer, apenas em situações que envolvam solo homogêneo sem intervenção de nível d’água ou de qualquer dispositivo de contenção. O método de Bishop fornece resultados semelhantes aos dos métodos rigorosos em qualquer situação. É de extrema importância a manutenção do sistema de drenagem da encosta para garantir sua estabilidade, pois os fatores de segurança obtidos com o nível d’água elevado são menores, principalmente em seu trecho superior. As análises probabilísticas indicaram baixa probabilidade de ruptura para trechos da encosta com fatores de segurança entre 1,2 e 1,5, que segundo a NBR 11.682/1991 deveriam ser considerados instáveis por serem menores que 1,5, fator de segurança estipulado para regiões com alto grau de segurança.

Abstract: Brazil has nearly 14,000km of pipelines in all its territory for transportation of natural gas and petroleum derivatives. Great part of these pipelines crosses ridge regions, like Serra do Mar. This fact shows the necessity of monitoring the slopes stability, to avoid accidents with serious environmental, social and economical consequences. The desing procedure more used for slope stability is the limit equilibrium method, that defines a safety factor for the slope through the relation between the resistance force and the shear force of the soil. It is a simplified method, which uses average values for the soil resistance parameters, like cohesion and friction angle. In order to consider the variation of these parameters it is possible to carry out probabilistic analysis, that includes the standard deviator of each variable and gives the failure probability and reliability index of the slope. In this work it was analyzed a slope of Paraná’s Serra do Mar, in Guaratuba city, where are located two petroleum pipelines, a natural gas pipeline, a energy transmission line and a federal road. This slope, that is nearly 100m height, has already shown signals of instability, reason that motivated the installation of a drainage system involving superficial gutters and deep subhorizontal drains, and retaining structures in two points of its surface. The aim of this research was to analyze the more used limit equilibrium methods, like Fellenius, Janbu, Bishop, Morgestern & Price and Spencer, in connection with a wide study of the soil resistance parameters more appropriate for the local conditions and the verification of the installed anchorage and drainage systems efficiency. Deterministic and probabilistic analysis were carried out and several stretches of the slope, using the program Slope-W, by Geo Slope. These analyses involved two scenarios of soil resistance parameters, one optimistic and another pessimistic, and considered a variation of the water level to evaluate the draining efficiency. It was verified that more simplified methods, like Janbu and Fellenius, show similar results to the more rigorous methods, like Morgestern & Price and Spencer, only in situation that involves homogeneous soil without intervention of water level or any retaining wall. Bishop method gives similar results to the rigorous method in any situation. The maintenance of the drainage system is extremely important to guarantee the stability because the safety factors obtained with higher water levels are small, mainly in the upper stretch. The probabilistic analyzes indicated low failure probability for stretches with safety factors between 1.2 and 1.5, which according to NBR 11.682/1991 should be considered unstable, because they are lower than 1.5, safety factor defined for regions with high safety level.