[pt] MODELAGEM NUMÉRICA DA ESTABILIDADE DE ENCOSTAS NATURAIS INCORPORANDO A VARIABILIDADE ESPACIAL MEDIANTE CAMPOS ESTOCÁSTICOS

[en] NUMERICAL MODELING OF NATURAL SLOPE STABILITY INCORPORATING SPATIAL VARIABILITY THROUGH RANDOM FIELDS

[pt] DAVID SEBASTIAN CALPA JUAJINOY

[pt] METODO DO ELEMENTO FINITO

[pt] INFILTRACAO DAS CHUVAS

[pt] CAMPO ESTOCASTICO

[pt] ANALISE DE ESTABILIDADE DE TALUDES

[pt] ANALISE LIMITE NUMERICA

[en] FINITE ELEMENT METHOD

[en] RAINFALL INFILTRATION

[en] RANDOM FIELD

[en] SLOPE STABILITY ANALYSIS

[en] NUMERICAL LIMIT ANALYSIS

[pt] Nesta tese, foi desenvolvida e implementada uma abordagem probabilística inovadora que incorpora explicitamente a variabilidade espacial do leito rochoso e dos parâmetros geotécnicos do solo por meio de campos estocásticos. A metodologia é voltada para a modelagem numérica de deslizamentos em encostas naturais induzidos por eventos de chuva e abrange desde a geração da malha de elementos finitos, baseada em dados de elevação e profundidade do leito rochoso, até a criação de campos estocásticos 2D e 3D para representar a variabilidade espacial dos parâmetros geotécnicos. O fluxo transiente não saturado foi simulado por meio da solução numérica da equação de Richards, e a estabilidade foi avaliada utilizando a Análise Limite Numérica. O processo foi totalmente automatizado, viabilizando a execução eficiente de múltiplas simulações dentro de uma abordagem probabilística baseada no método de Monte Carlo. Além disso, foram desenvolvidas ferramentas avançadas de pós-processamento, incluindo um algoritmo para a quantificação dos volumes de material deslizado e a delimitação das zonas mais suscetíveis a deslizamentos, permitindo uma análise detalhada da evolução temporal das áreas de maior instabilidade. Os resultados evidenciam a importância do efeito combinado das incertezas associadas à profundidade e à morfologia do leito rochoso, bem como à distribuição espacial dos parâmetros de fluxo e resistência ao cisalhamento, cuja influência foi quantificada ao longo das simulações. Integrando estimativas de fator de segurança, pressão de poros, probabilidade de falha e risco associado, essa metodologia possibilita uma avaliação abrangente da estabilidade de taludes não saturados, sendo aplicada com sucesso a um caso de estudo real.

[en] In this thesis, an innovative probabilistic approach was developed and implemented to explicitly incorporate the spatial variability of the bedrock and the geotechnical parameters of the soil through random fields. The methodology is designed for the numerical modeling of landslides in natural slopes triggered by rainfall events and encompasses the entire process, from generating the finite element mesh - based on elevation data and bedrockdepth - to creating 2D and 3D random fields to represent the spatial variability of geotechnical parameters. The transient unsaturated flow was simulated by solving Richards equation numerically, while slope stability was assessed using Numerical Limit Analysis. The entire process was fully automated to enable the efficient execution of multiple simulations within a probabilistic framework based on the Monte Carlo method. Additionally, advanced post-processing tools were developed, including an algorithm for quantifying the volumes of displaced material and delineating the most landslide-prone zones, allowing for a detailed analysis of the temporal evolution of instability areas. The results highlight the importance of the combined effect of uncertainties associatedwith bedrock depth and morphology, as well as the spatial distribution of flow and shear strength parameters, whose influence was quantified throughout the simulations. By integrating safety factor estimates, pore pressure, failure probability, and associated risk, this methodology enables a comprehensive assessment of unsaturated slope stability and was successfully applied to a real case study.

EURIPEDES DO AMARAL VARGAS JUNIOR

RAQUEL QUADROS VELLOSO

FABRICIO FERNANDEZ

EURIPEDES DO AMARAL VARGAS JUNIOR

RAQUEL QUADROS VELLOSO

ANDRE LUIS MULLER

GILSON DE FARIAS NEVES GITIRANA JUNIOR

GUILHERME JOSE CUNHA GOMES

FABRICIO FERNANDEZ

DANIEL DIAS

2025-05-20

2025-04-03

[pt] TEXTO

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PORTUGUÊS

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https://doi.org/10.17771/PUCRio.acad.70506