A Computer Program for Integrating Probabilistic 3D Unsaturated Flow Simulations and Numerical Limit Analysis
Guilherme José Cunha Gomes1; Jasper Alexander Vrugt2; Julia Toledo Camargo3; Eurípedes do Amaral Vargas Jr.1; Raquel Quadros Velloso1; Alonso Joaquim Juvinao Carbono1
1 Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro; 2 University of California, Irvine; 3 Stanford University
Resumo
O estudo da estabilidade de encostas envolve processos de infiltração (fluxo) de água no solo, que por sua vez interfere na resistência do maciço. Esta ação recíproca entre o fluxo e a estabilidade é um dos alicerces da geotecnia, sendo amplamente estabelecida pelo princípio das tensões efetivas. As propriedades hidráulicas e mecânicas do solo possuem um papel fundamental em investigações envolvendo estabilidade de encosta, uma vez que estas compreendem parâmetros de modelos de fluxo e resistência. Porém, estes parâmetros estão sujeitos a bastante incerteza quando utilizados na representação das propriedades do solo em escalas espaciais grandes, como as de uma encosta. Este quadro de variabilidade e incerteza que está presente em análises envolvendo fluxo e estabilidade em solos abre oportunidade para o uso de métodos probabilísticos ou estocásticos, no qual a incerteza em parâmetros dos modelos pode ser levada em consideração de uma maneira relativamente simples. Este trabalho consiste no desenvolvimento de um sistema em linguagem Matlab para a integração de um programa de fluxo saturado não-saturado e análise limite, ambos em três dimensões. Desenvolve-se um conjunto de rotinas para a modelagem probabilística de estabilidade de encostas com aplicação em um estudo de caso real na região do maciço da Tijuca, RJ. As ferramentas computacionais envolvem a automática entrada de dados em ambos os softwares (fluxo e análise limite), incluindo a instantânea geração da malha de elementos finitos prismáticos e tetraédricos. Computação paralela é incorporada na análise acoplada, permitindo que várias simulações de fluxo possam ser executadas ao mesmo tempo para diferentes condições de parâmetros hidráulicos e perfis estratigráficos. Esta automação é importante para o tratamento da variabilidade inerente aos solos, pois permite a realização de modelos probabilísticos, em que o espaço dos parâmetros dos modelos é eficientemente explorado. A variação transiente do fator de segurança em uma encosta natural é avaliada consider
Palavras-chave: bedrock depth; hydraulic parameters; slope stability; unsaturated flow; limit analysis; factor of safety