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Título: Análises determinísticas e probabilísticas de estabilidade em aterros sobre solos de baixa consistência
Autor(es): Radinz, Gabriela Alves Moreira Dutra
Orientador: Pires, Patrício José Moreira
Coorientador: Ribeiro, Rômulo Castello Henriques
Data do documento: 12-Jul-2018
Editor: Universidade Federal do Espírito Santo
Resumo: A expansão dos centros urbanos para áreas até então inabitáveis, que por vezes concentram regiões de solo com baixa consistência, demandam estudos adicionais aos praticados na engenharia geotécnica brasileira. A necessidade de aterro e consequentemente análises de estabilidade e ensaios de campo e laboratório, envolvem inúmeras incertezas, que podem ser racionalizadas por meio de métodos probabilísticos. Lemos (2014) estudou a obtenção do parâmetro de resistência não drenada de solo de baixa consistência por meio de ensaios de campo e laboratório, além da realização de ensaios de caracterização, em uma camada de argila marinha mole localizada na região metropolitana da Grande Vitória . A partir dos resultados destes ensaios, com o auxílio do software Slope/W, foi calculada a altura para um aterro simples, sobre o solo de fundação supracitado para o fator de segurança de 1,5, resultando em 0,50 metros de altura. A partir do modelo geotécnico estabelecido no mesmo estudo, foi verificada a influência do ensaio na obtenção dos valores de resistência não drenada e peso específico total, e a consequência no cálculo de fatores de segurança determinísticos e índices de confiabilidade (β). Verificou-se também o efeito do modelo geotécnico, consideração de estratificações ou solo único; a restrição do uso dos dados baseada no refinamento e comparações de Lemos (2014); além da escolha do método de cálculo determinístico: Morgenstern e Price (M-P), Janbu e Bishop. Para estimar índices de confiabilidade foram utilizados os métodos de Segundo Momento de Primeira Ordem (FOSM), Simulação de Monte Carlo (SMC) e Estimativas Pontuais (EP). Por fim, com o auxílio do método FOSM, identificou-se o parâmetro geotécnico que mais contribuiu para a variância da probabilidade de ruptura. Foi observado que em geral, métodos que levam a menores FS, geram maiores probabilidades de ruptura. Além disso, ensaios de campo resultaram em maiores probabilidades de ruína, pois o cálculo de probabilidade foi significativamente influenciado pela variabilidade dos parâmetros geotécnicos. Realizar tratamento prévio dos dados, para eliminar possíveis ruídos, altera significativamente a probabilidade de ruína. Em geral, os métodos aproximados, FOSM e EP, levam a maiores probabilidades de ruptura, se comparado à SMC. Ao se considerar os valores de resistência não drenada variando com a profundidade, na camada do solo de fundação em estudo, nota-se uma redução na probabilidade de ruptura, se comparado ao caso de solo único, sendo essa última consideração possivelmente conservativa. A variação do valor do peso específico total ocasionou probabilidades de ruptura praticamente nulas para todos os métodos de cálculo. Como contribuição final desta pesquisa, é possível afirmar que as análises de confiabilidade relativas são uma excelente ferramenta para suplementar os resultados calculados por métodos determinísticos. O aumento do estudo e obtenção destes índices irá contribuir para a aceitação e divulgação do uso de probabilidade e estatística aplicada à geotecnia, de modo a ajudar a definir valores admissíveis de β para diversas situações.
The expansion of urban centers to hitherto uninhabitable areas, which sometimes concentrate regions with soft soils, require additional studies to those practiced in Brazilian geotechnical engineering. The need for embankment and consequently stability analyzes and field and laboratory tests, involve numerous uncertainties, which can be rationalized by means of probabilistic methods. Lemos (2014) studied the nondrained resistance parameter of soft soils by means of field and laboratory tests, besides the characterization tests, in a layer of soft marine clay located in the Brazilian coastal plain. From the results of these tests, with the aid of Slope/W software, the height for a simple embankment was calculated on the foundation soil mentioned above for the safety factor of 1.5, resulting in 0.50 meters in height. From the geotechnical model established in the same study, the influence of the test on the determination of non-drained resistance and total specific gravity, and the consequence on the calculation of deterministic safety factors and reliability indices (β) were verified. It was also verified the effect of the geotechnical model, consideration of stratifications or single soil; the restriction of data use based on the refinement and comparisons of Lemos (2014); besides the choice of the deterministic method of calculation: Morgenstern and Price (M-P), Janbu and Bishop. To estimate reliability indices, the First Order Second Moment (FOSM), Monte Carlo Simulation (SMC) and Point Estimate (EP) methods were used. Finally, with the aid of the FOSM method, the geotechnical parameter that most contributed to the variance of the probability of failure was identified. It has been observed that in general, methods that lead to lower FS, are more likely to rupture. In addition, field trials resulted in greater probabilities of ruin, as the probability calculation was significantly influenced by the variability of the geotechnical parameters. Pre-treatment of the data, to eliminate possible noise, significantly alters the probability of failure. In general, the approximate methods, FOSM and EP, lead to a greater probability of rupture, when compared to SMC. When considering the values of undrained resistance varying with depth, in the layer of the foundation soil under study, a reduction in the probability of rupture is observed when compared to the case of homogeneous soil, the latter being possibly a conservative consideration. The variation of the value of the total specific weight caused practically no probability of rupture for all calculation methods. As a final contribution of this research, it is possible to affirm that the relative reliability analyzes are an excellent tool to supplement the results calculated by deterministic methods.
URI: http://repositorio.ufes.br/handle/10/10692
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