Influência das condições tridimensionais de tensão e fluxo na estabilidade de um talude em solo não saturado

Abstract

Esta dissertação apresenta a análise do rompimento de um talude formado durante a construção de uma galeria de água, localizada em Brasília, DF. A ruptura, ocorrida em julho de 2005, causou a morte de um operário que trabalhava no local. O estudo contempla a condição de não saturação do solo e a influência dos efeitos bidimensionais e tridimensionais nas condições de fluxo de água, de distribuição de tensões e de formato da superfície de ruptura. De forma a verificar a influência da geometria tridimensional na estabilidade do talude, foram analisados trechos do talude côncavo, incluindo o trecho onde ocorreu a ruptura, e trechos do talude convexo da escavação. Para tal, foram desenvolvidas e implementadas soluções numéricas utilizando um programa de solução de equações diferenciais parciais denominado FlexPDE. As propriedades constitutivas do perfil de solo foram estudadas por meio de uma campanha de ensaios incluindo ensaios de caracterização geotécnica, ensaios para obtenção da curva característica e ensaios para obtenção dos parâmetros de resistência e permeabilidade. Observou-se que a medição de sucção pela técnica do papel filtro se mostrou satisfatória, assim como, a medição da variação da resistência ao cisalhamento com a sucção por meio de ensaios de compressão diametral. Foi observado um grande acréscimo na resistência ao cisalhamento até um valor de sucção de pico e uma subseqüente queda na resistência para sucções maiores que este valor limite. Por fim são apresentados os resultados das análises de estabilidade de talude para o caso estudado, incluindo as análises numéricas de tensão e fluxo. A partir destas análises são apresentados de forma comparativa os resultados dos fatores de segurança entre os casos analisados. Os fatores de segurança bidimensionais e tridimensionais obtidos para o local de ruptura são próximos, porém um pouco superiores a 1, indicando a proximidade de situação de ruptura. Os resultados apontam para valor do fator de segurança do talude côncavo menor que o valor do fator de segurança para o talude convexo nas proximidades da frente de escavação, comportamento que não se repete para locais afastados da frente de escavação. Apesar da relativamente baixa influência, pode-se concluir que há relevância do estudo tridimensional de tensão e fluxo para análise de estabilidade de taludes que estejam próximos a frente de escavação. _______________________________________________________________________________ ABSTRACT

This research deals with the analysis of a slope failure that took place during the construction of a water gallery, located in Brasilia, DF. The failure occurred in July of 2005 and resulted in the death of one construction worker. The research focuses on the influence of unsaturated soil conditions and on the influence of the two-dimensional and three-dimensional effects on the water flow, on the distribution of stresses, and on the format of the slip surface. In order to verify the influence of three-dimensional geometry on the stability of the slope, stretches of the concave slope have been analyzed, including the region where the rupture occurred, and also two locations at the convex slope. The numerical analyses were undertaken using a methodology proposed in this work and implemented using a general purpose partial differential equation solver, FlexPDE. The soil properties of the profile were studied by means of a campaign of laboratory tests that included characterization tests, tests for the determination of the soil-water characteristic curve, and tests for the determination of unsaturated and saturated shear strength and saturated hydraulic conductivity. The measurement of the soil-water characteristic curve by means of the paper filter technique presented satisfactory results. The measurement of the change in shear strength with respect to changes in matric suction where undertaken by means of the Brazilian tensile tests. Considerable increase in the shear strength was observed with increasing matric suctions, up to a peak value. Past this peak value, further increases in suction resulted in decrease of the shear strength. Finally, the results of the analyses of the slope failure are presented, including the numerical analyses of stresses and water flow. The factors of safety obtained for the different regions studied were compared. The two-dimensional and three-dimensional factors of safety at the failed surface are near and slightly higher than 1, indicating the proximity of failure conditions. The results show that the factor of safety is lower at the concave slope when compared to the convex slope near the excavation front. On the other hand, concave regions located far from the excavation front presented higher factors of safety. Although the relatively low differences between the concave and convex slopes, it can be concluded that three-dimensional effects may be relevant for the distribution of stresses and flow conditions, with direct consequences to the stability of such slopes when near the excavation front.