Análise de estabilidade de um talude rodoviário por meio de modelo determinístico e probabilístico e previsão do volume de massa mobilizada

Abstract

Resumo: Instabilidades em taludes rodoviários são eventos recorrentes no Brasil devido a fatores como intemperismo, chuva e alteração na forma do próprio talude. Muitas vezes, quando ocorrem estes movimentos em taludes próximos à rodovia, a massa de solo mobilizada chega a interceptar as faixas de trânsito, ocasionando acidentes e prejuízos econômicos, sociais e ambientais. Esta dissertação tem como objetivo analisar a estabilidade em 2D e 3D de um talude rodoviário localizado na BR-116 SP, por meio da abordagem determinística e probabilística, incorporando cenários de sucção de 0 kPa a 120 kPa e consideração de variação de nível d'água à 6,5 m e à 7,5 m de profundidade, além da previsão do volume de massa mobilizada. O talude em estudo está localizado na Serra Pelada pertencente a cadeia de montanhas da Serra do Mar, km 551 + 600, pista sul, e apresenta aproximadamente 18 metros de altura, 37 metros de comprimento frontal e declividade média de 34º. A caracterização geológico-geotécnica teve como base ensaios de cisalhamento direto, nos níveis de tensão normal de 50 kPa, 100 kPa e 200 kPa, e ensaios de sucção por meio do método de papel filtro, ambos os ensaios realizados por Trevizolli (2018), além de três investigações geotécnicas do tipo ensaio SPT, todos realizados em região próxima ao talude. Os parâmetros geotécnicos utilizados nas análises de estabilidades foram ângulo de atrito interno, intercepto coesivo, peso específico natural do solo e sucção. O talude foi modelado no software SVSlope da SoilVision, no qual foram analisados cenários na superfície de ruptura crítica e em profundidades pré-definidas. Foram realizadas análises de estabilidade e quantificação do volume de massa mobilizada no mesmo software e geração de mapas de susceptibilidade com o uso de um algoritmo, no software ArcMap. O fator de segurança mínimo aceitável para deslizamento do talude em estudo, de acordo com a NBR 11682 (ABNT, 2009), é de 1,3. Os resultados permitiram demonstrar a variabilidade da probabilidade de ruptura, do fator de segurança e do volume de massa mobilizada de um deslizamento do talude em estudo. Observou-se que, em maioria, os resultados obtidos com a abordagem determinística apresentaram um cenário mais otimista e seguro, tanto no fator de segurança (variação entre 1,20 e 2,33) quanto no volume de massa mobilizada (variação entre 362,2 m³ a 4132,9 m³). A probabilidade de ruptura apresentou valores baixos, na maior parte das simulações, variando de 0 a 0,13, sendo este último valor na profundidade de 3,0 metros da superfície de ruptura. Ademais, percebeu-se que as análises em 3D apontaram um cenário mais seguro do que as análises em 2D, com maiores FS (variando entre 1,229 e 1,850) e menores probabilidades de ruptura (variando entre 0 e 0,0064). Já a mudança de posição do nível d'água praticamente não influenciou as condições de estabilidade do talude. Com as análises, conclui-se que o aumento da sucção superficial proporcionou uma maior segurança ao talude. Em contrapartida, para um mesmo valor de sucção superficial, o aumento da profundidade da superfície de ruptura ocasiona um aumento da probabilidade de ruptura e decréscimo do fator de segurança. Além disso, a incorporação da variabilidade dos parâmetros geotécnicos na análise de estabilidade probabilística e a modelagem 3D, permitem uma análise mais fidedigna, apresentando resultados de maior aplicabilidade em análises futuras. Por fim, acrescenta-se ainda que o talude estudado encontra-se estável quanto a sua estabilidade global para ruptura.

Abstract: Instabilities in road embankments are recurrent events in Brazil due to factors such as weathering, rain and changes in the shape of the slope itself. Often, when these movements occur on embankments close to the highway, the mobilized soil mass intercepts the traffic lanes, causing accidents and economic, social and environmental losses. This dissertation aims to analyse the stability in 2D e 3D of a road embankment located on BR-116 SP, through the deterministic and probabilistic approach, incorporating suction scenarios from 0 kPa to 120 kPa and considering water level variation at 6.5 m and 7.5 m in depth, in addition to volume forecasting of mobilized mass. The slope under study is located in Serra Pelada, belonging to the Serra do Mar mountain range, km 551 + 600, south lane, and is approximately 18 meters high, 37 meters long and has an average slope of 34º. The geological-geotechnical characterization was based on direct shear tests, at the normal stress levels of 50 kPa, 100 kPa and 200 kPa, and suction tests using the filter paper method, both tests performed by Trevizolli (2018), in addition to three geotechnical investigations of the SPT test type, all carried out in a region close to the slope. The geotechnical parameters used in the stability analysis were internal friction angle, cohesive intercept, natural specific weight of the soil and suction. The slope was modelled on SoilVision's SVSlope software, in which scenarios on the critical break surface and at predefined depths were analysed. Stability analysis and quantification of the mobilized mass volume were performed in the same software, and the generation of susceptibility maps using an algorithm, in the ArcMap software. The minimum acceptable safety factor for sliding the slope under study, according to NBR 11682 (ABNT, 2009), is 1.3. The results allowed to demonstrate the variability of the probability of rupture, the safety factor and the mobilized mass volume from a landslide of the slope under study. It was observed that, in most cases, the results obtained with the deterministic approach presented a more optimistic and safer scenario, both in the safety factor (variation between 1.20 to 2.33) and in the volume of mass mobilized (variation between 362.2 m³ to 4132.9 m³). The probability of rupture showed low values in most simulations, ranging from 0 to 0.13, the latter being at a depth of 3.0 meters from the rupture surface. In addition, it was noticed that the 3D analyses pointed to a safer scenario than the 2D analyses, with higher SF (ranging from 1.23 to 1.85) and lower probabilities of rupture (ranging between 0 and 0.0064). The change in position of the water level, however, practically did not influence the stability conditions of the slope. With the analyses, it is concluded that the increase in surface suction provided greater safety to the slope. In contrast, for the same surface suction value, increasing the depth of the rupture surface causes an increase in the probability of rupture and a decrease in the safety factor. Furthermore, the incorporation of the variability of geotechnical parameters in the probabilistic stability analysis and the 3D modelling, allow a more reliable analysis, presenting results of greater applicability in future analyses. Finally, it is added that the studied slope is stable as its overall stability for rupture.