Influência dos parâmetros hidrológicos e geotécnicos na estabilidade de taludes

Abstract

O estudo do problema dos deslizamentos deflagrados pelas chuvas é uma questão de interesse tanto para a geotecnia como para a hidrologia. No entanto, os conceitos desenvolvidos por essas disciplinas não têm sido ligados adequadamente, fazendo grandes simplificações. Por outro lado, a ocorrência de escorregamentos envolve uma incerteza, que é em parte devida à variabilidade espacial e temporal inerente dos solos e dos processos que influenciam a entrada de água no solo. Visando avançar no entendimento do fenômeno, neste trabalho foi desenvolvida uma metodologia em termos probabilísticos, considerando conceitos geotécnicos e hidrológicos. Como modelo hidrológico foi utilizada uma modificação do modelo proposto por Rodriguez-Iturbe et al. (1999) e melhorado por Laio et al. (2001), para obter o campo de poropressões do talude foi resolvida a equação de fluxo utilizado o Método dos Elementos Finitos e o Métodos das Diferenças Finitas, e para encontrar o FS foi usado o Método de Equilíbrio Limite. Em seguida, com o objetivo de avaliar a influência da variabilidade dos parâmetros envolvidos na análise de estabilidade no comportamento do fator de segurança (FS), foram realizadas duas análises. A primeira, uma análise transiente a curto prazo, avaliando a variabilidade espacial dos parâmetros mecânicos e hidráulicos do solo, enquanto a segunda corresponde a uma análise transiente a longo prazo, avaliando a influência das componentes hidrológicas que determinam a quantidade de água que entra e sai do solo, as quais dependem da precipitação e da sua variabilidade temporal. Da primeira análise foi obtido que a influência da variabilidade espacial do coeficiente de condutividade hidráulica saturada e de todos os parâmetros ao mesmo tempo é considerável, enquanto a variabilidade espacial do valor de entrada de ar e da coesão é irrelevante para o caso estudado. Da análise de variabilidade temporal das condições de contorno encontrou-se que ao longo prazo o efeito da evapotranspiração é importante, enquanto o efeito da interceptação das folhas das plantas é pouco, considerando um cultivo de café. Além disso, foi obtido que para os meses com maiores quantidades de chuva as PDF do FS têm uma maior dispersão do que as obtidas para os meses mais secos, mostrando a relação existente entre o ciclo da precipitação e o comportamento do fator de segurança. _______________________________________________________________________________________ ABSTRACT

The study of the problem of rainfall-triggered landslides is an issue of interest for both geotechnical engineering and hydrology. However, the concepts developed by these disciplines have not been linked properly, considering major simplifications. Moreover, the occurrence of landslides involves significant uncertainty, which in part is due to the inherent spatial and temporal variability of soils and the processes that influence the entry of water into the soil. Seeking to advance on the understanding of this phenomenon, a methodology is probabilistic terms is developed in this work, considering hydrological and geotechnical concepts. As hydrological model is used a modification of the proposed method by Rodriguez-Iturbe et al. (1999) and improved by Laio et al. (2001), to obtain the pore-pressure field the flow equation is solved using the Finite Element Method and the Finite Differences Method, and the Limit Equilibrium Method is used to find the Factor of Safety (FS). Then, with the purpose of estimating the influence of variability of the parameters involved in the performance of the FS, two analyses are performed. The first is a transient short-term analysis, assessing the influence of the spatial variability of mechanical and hydraulic parameters, while the second is a transient long-term analysis, assessing the influence of hydrological components that determine the amount of water in and out of the soil, which depend on rainfall and its temporal variability. The first analysis showed that the influence of spatial variability of saturated hydraulic conductivity and all the parameters at the same time are important, while the spatial variability of the air-entry value and the cohesion is irrelevant to the case studied. In the analysis of the temporal variability of the boundary conditions was found that the long-term effect of the evapotranspiration is important, while the effect of the interception by the aerial part of vegetation is little, considering a coffee crop. Furthermore, was obtained that the rainiest months, the PDFs of FS have a larger dispersion than the drier months, showing the relationship between the precipitation cycle and the behavior of the safety factor. _______________________________________________________________________________________ RESUMEN

El estudio del problema de los deslizamientos detonados por lluvias es una cuestión de interés tanto para la geotecnia como para la hidrología. Sin embargo, los conceptos desarrollados por esas disciplinas no han sido relacionados adecuadamente, considerando ambas importantes simplificaciones. Por otro lado, la ocurrencia de deslizamientos involucra una gran incerteza, que es en parte debida a la variabilidad espacial y temporal inherente de los suelos y de los procesos que influencian la entrada de agua en el suelo. Buscando avanzar en el entendimiento de este fenómeno, en este trabajo fue propuesta una metodología en términos probabilísticos, considerando conceptos hidrológicos y geotécnicos. Como modelo hidrológico fue utilizada una modificación del modelo propuesto por Rodriguez-Iturbe et al. (1999) y mejorado por Laio et al. (2001), para obtener el campo de presión de poros del talud fue resuelta la ecuación de flujo usando el Método de los Elementos Finitos y el Método de las Diferencias Finitas, y para encontrar el Factor de Seguridad (FS) fue utilizado el Método de Equilibrio Limite. Posteriormente, con el objetivo de estimar la influencia de la variabilidad de los parámetros involucrados en el comportamiento del FS, fueron realizados dos análisis. El primero consiste en un análisis transitorio a corto plazo, evaluando la influencia de la variabilidad espacial de los parámetros mecánicos e hidráulicos, mientras en segundo es un análisis transitorio a largo plazo, evaluando la influencia de las componentes hidrológicas que determinan la cantidad de agua que entra y sale del suelo, las cuales dependen de la precipitación y de su variabilidad temporal. En el primer análisis se obtuvo que la influencia de la variabilidad espacial del coeficiente de conductividad hidráulica saturada y de todos los parámetros al mismo tiempo es considerable, mientras la variabilidad espacial del valor de entrada de aire y de la cohesión es irrelevante para el caso estudiado. En el análisis de variabilidad temporal de las condiciones de contorno se encontró que, a largo plazo, el efecto de la evapotranspiración es importante, mientras el efecto de la interceptación de las hojas de las platas es poco al considerar un cultivo de café. Además, se encontró que para los meses más lluviosos, las PDF del FS tienen una mayor dispersión que las de los meses más secos, mostrando la relación existente entre el ciclo de la precipitación y el comportamiento del factor de seguridad.