Avaliação da contribuição de sistemas de fraturas nas condições de fluxo e estabilidade de encostas

Abstract

Resumo: Deslizamentos de encostas naturais antecedidos de chuvas intensas são observados com frequência. Diversos são os fatores influem na segurança de taludes. Ferramentas numéricas geralmente são utilizadas para avaliar a estabilidade de encostas, porém para se apresentarem confiáveis devem ser abastecidas com parâmetros confiáveis no que diz respeito a características hidromecânicas dos materiais e condições de contorno. Poucos estudos são encontrados acerca da influência do fraturamento no fluxo subsuperficial em encostas, sendo que este parâmetro geralmente é subestimado ou arbitrado sem qualquer embasamento no que se diz respeito a condições de contorno em modelagem numérica. Neste trabalho foram estudadas as características hidromecânicas de uma encosta natural localizada na Serra do Mar paranaense e desenvolvido um modelo reduzido da mesma encosta visando estudar a resposta geodinâmica da encosta baseando-se nos padrões de precipitação ao longo do tempo e respostas do fraturamento. Foram deduzidos fatores de escala relacionando grandezas do protótipo às respectivas grandezas do modelo reduzido, tais como fatores de escala de sucção, geométricos e de precipitação entre outros. Pode-se concluir que o tipo de ensaio influencia a resposta do material, acarretando na obtenção de diferentes parâmetros hidromecânicos. A técnica de modelagem reduzida mostrou-se extremamente interessante de ser utilizada para a avaliação da resposta geodinâmica de encostas já que, o estudo do padrão de fluxo de água através do modelo reduzido possibilitou o melhor entendimento do padrão de fluxo hidrogeológico da encosta natural.

Abstract: It has been observed in the last few years extreme events involving several natural slopes failures. These events usually triggered huge damages into civil structures and, in many cases, involved loss of human lives. Back analysis of some of the failures indicated that the triggering mechanism of the instability process is considerably more complex than the simple rain magnitude that occurred by the time of the event. The mechanism involves complex hydrological variables such as flow throughout fractures systems and tri-dimensional flow situations influenced by the bed rock surface shape, as well as the unsaturated/saturated strength characteristics of the soils deposits involved and the rain pattern (intensity and duration) that occurred. In order to understand each of these factors in a systematic way, it was carried out a study of a slope response under different precipitations patterns using physical modeling. A natural slope with a record of instability process was defined as a prototype and a physical model was developed considering scale factors relating geometry, stresses, flow rate and precipitation. The methodology involved the evaluation of the hydro-mechanical characteristics of the prototype and the model, the definition of the scale factors, the development of suitable instrumentation, and a testing batch composed by several rain patterns simulations. The results of the investigation indicate that the testing methodology used for evaluating the unsaturated strength characteristics of the natural soils has a considerable influence over the results, and the pattern of the precipitation has also an influence over the slope response. The results also indicate that the similitude rules deduced for matric suction, and rain intensity yields to consistent correlated prototypes magnitudes.