Uso de métodos probabilísticos na análise de estabilidade de taludes. São Luís, Maranhão, Brasil

Use of probabilistic methods in slope stability analysis. São Luís, Maranhão, Brasil

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Ana Mércia Araújo Cruz
Diego Vale Ferreira
George Fernandes Azevedo
Felipe Alexander Vargas Bazán
Antonio Henrique da Luz Bezerra
Paulo César de Oliveira Queiroz

Resumen

The present research aimed to generate and compare the susceptibility maps for the occurrence of shallow landslides in terms of probability of failure on the Sao Luis Island, obtained by applying the FOSM (First Order Second Moment) and Monte Carlo probabilistic methods. The differences found between the two approaches are analyzed. The methodology consisted of three main steps. The first step is related to the organization of a database of environmental information in a georeferenced format using the Geographic Information Systems platform SPRING. These data corresponded to the topography and the soil map, from which it was possible to identify the geotechnical parameters necessary for the analysis of slope stability in relation to each pedological class. The spatial information was exported from the SPRING platform in raster format and served as input data for the computational routines of stability analysis. The second step refers to the computational implementation of the probabilistic methods associated with the infinite slope stability model. The FOSM method was implemented using the Matlab program, while the FORTRAN language was used for the Monte Carlo method. The independent variables of the slope stability model considered to be random variables were cohesion and friction angle. Initially, it was considered that both variables had a normal distribution for the application of the FOSM and Monte Carlo methods, in order to compare the results of the different probabilistic approaches. Additionally, the Monte Carlo method was also simulated using a lognormal distribution to model cohesion, in a more coherent manner with the actual statistical behavior of that variable, while the friction angle remained modeled by a Gaussian distribution. Different numbers of simulations were proposed for the Monte Carlo Method, in order to verify the variation of the rupture probability in these scenarios. The final stage corresponded to the creation of maps for each configuration of the analysis and the consequent evaluation of the observed variations in terms of probability of failure. In general, the probabilities of failure obtained for both probabilistic methods are similar in the case where both independent variables are normally distributed. When cohesion is represented by the lognormal distribution in the Monte Carlo method, null values were obtained for the probability of failure, even for high numbers of simulations. In conclusion, it can be said that the change in the representation of the cohesion distribution and the quality of topographic information affect the results of probability of failure. The use of topographic information with higher spatial resolution would define more accurate susceptibility measures and would better reflect the action of cohesion in the form of lognormal distribution in the results.

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Detalles del artículo

Biografía del autor/a (VER)

Ana Mércia Araújo Cruz, Universidade Federal do Maranhão, Brasil

Grado en Ingeniería Civil por la Universidade Federal do Maranhão

Diego Vale Ferreira, Universidade Federal do Maranhão, Brasil

Grado en Ingeniería Civil por la Universidade Federal do Maranhão

George Fernandes Azevedo, Federal University of Maranhão

Doctorado en Geotecnia por la Universidade de Brasília.

Felipe Alexander Vargas Bazán, Universidade Federal do Maranhão, Brasil

Doctorado en Ingeniería Civil/Estructuras por la Universidade Federal do Rio de Janeiro.

Antonio Henrique da Luz Bezerra, Departamento Nacional em Infraestrutura de Transportes (DNIT), Brasil

Ingeniero civil, Especialista en Infraestructura de Transporte.

Paulo César de Oliveira Queiroz, Universidade Federal do Maranhão, Brasil

Doctorado en Estructuras por la Universidade de São Paulo.

Referencias (VER)

Almeida, H.M.; Silva Junior, C.H.; Silva, F.B.; Freire, A.T.G.; Mendes, J. (2014). Relação de Fatores Ambientais e Antrópicos na Ocorrência de Deslizamentos no Município de São Luís – MA, BRASIL. Proceedings of Safety, Health and Environment World Congress. Cubatão, Brazil, COPEC - Science and Education Research Council pp. 126-129. 10.14684/SHEWC.14.2014.126-129

Apaza, M.A.F., Barros, J.M.C. (2014). Análise Probabilística de Estabilidade de Taludes pelo Método de Monte Carlo. XVII Congresso Brasileiro de Mecânica dos Solos e Engenharia Geotécnica, Goiânia, ABMS, pp. 1-8.

Araújo, P.C. (2015). Uso da Modelagem Digital de Terreno e de Superfície para a Estimativa do Potencial de Verticalização na Região do Campo de Marte (SP) (Mestrado em Geografia), Brasília, Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Brasil, p. 40. https://repositorio.unb.br/handle/10482/19831

Azevedo, G.F.; Carvajal, H.E.M.; Souza, N.M. (2018). Análise de ameaça de deslizamentos pelo uso de abordagem probabilística aplicada a um modelo de estabilidade de taludes tridimensional. Geociências (São Paulo), 37(3) pp. 655-668.

Azevedo, G.F. (2015). Sistema de Análise Quantitativa de Risco por Escorregamentos Rasos Deflagrados por Chuvas em Regiões Tropicais (Doutorado em Geotecnia), Brasília, Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Brasil, p. 430. http://dx.doi.org/10.26512/2015.04.T.19783

Baum, R.L.; Savage, W.Z.; Godt, J.W. (2008). TRIGRS: A Fortran Program for Transient Rainfall Infiltration and Grid-Based Regional Slope-Stability Analysis, Virginia, USGS. 81 p.

Cornell, C.C. (1969). A probability-based structural code. Journal of the American Concrete Institute, 66(12), pp. 974-985.

Halmenschlager, V. (2019). Ensaios sobre impactos socioeconômicos de desastres naturais no Brasil (Doutorado em Ciências), Piracicaba, Univerisdade de São Paulo, Escola Superior de Agricultura “Luiz de Queiroz”, Brasil, p. 153. https://doi.org/10.11606/T.11.2019.tde-18072019-094555

Highland, L.M.; Bobrowsky, P. (2008) The landslide handbook - A guide to understanding landslides, Virginia, U.S. Geological Survey Circular 1325, 129 p.

Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística - IBGE (2002). RESOLUÇÃO Nº 05, Rio de Janeiro, IBGE, 83 p.

Iverson, R. (2000). Landslide triggering by rain infiltration. Water Resources Research 36(7), pp. 1897-1910. https://doi.org/10.1029/2000WR900090

Listo, F.L.R. (2016). Modelos Matemáticos aplicados à Previsão de Escorregamentos Translacionais Rasos: Exemplos em Áreas Naturais e de Risco. Clio Arqueológica, 31(3), pp. 91-114. DOI: 10.20891/clio.V31N3p91-114

Marin, R.J.; Mattos, A.J. (2020). Physically-based landslide susceptibility analysis using Monte Carlo simulation in a tropical mountain basin. Georisk, 14(3), pp. 192-205. 10.1080/17499518.2019.1633582

Martini, R.A., Gallo, M.E.C. (2020). Impactos Econômicos de Desastres Naturais nos Municípios Brasileiros e a Focalização do Programa BNDES PER. 48º Encontro Nacional de Economia, Virtual, Brasil, Associação Nacional dos Centros de Pós-Graduação em Economia, pp. 1-20.

Melchers, R.E.; BECK, A.T. (2018). Reliability analysis and prediction, 3rd edition, Hoboken, John Wiley & Sons.

Michel, G.P., Kobiyama, M., Goerl, R.F. (2012). Análise comparativa entre os modelos SHALSTAB e SINMAP na identificação de áreas susceptíveis a escorregamentos translacionais. X Encontro Nacional de Engenharia de Sedimentos. Foz do Iguaçu, Brasil, Anais do X Encontro Nacional de Engenharia de Sedimentos, Associação Brasileira de Recursos Hídricos (ABRH), pp. 1-21. https://www.labhidro.ufsc.br/Artigos/ENES161.pdf

Montgomery, D.R.; Dietrich, W.E. (1994). A physically based model for the topographic control on shallow landsliding. Water Resources Research, 30(4), pp.1153–1171. https://doi.org/10.1029/93WR02979

Montoya, C.A.H.; Assis, A.P. (2011). Herramientas para análisis por confiabilidad en geotecnia: La teoría. Revista Ingenierías Universidad de Medellín, 10(18), pp. 69-78.

Nowak, A.S.; Collins, K.R. (2013). Reliability of structures, 2nd edition, London, CRC Press.

Pack R.T.; Tarboton, D.G.; Goodwin, C.N. (1999). SINMAP, a stability index approach to terrain stability hazard mapping, User’s manual, Canada, Terratech Consulting Ltd., 68 p.

Riffel, E.S.; Guasselli, L.A.; Bressani, L.A. (2016). Desastres associados a movimento de massa: Uma revisão de Literatura. Boletim Goiano de Geografia, 36(2), pp. 285-305, https://doi.org/10.5216/bgg.v36i2.42796

Rojas, K.R.C. (2017). Estudo dos Deslizamentos Superficiais Deflagrados por chuvas implementando a Análise Não Saturada e Transiente em Escala Regional (Mestrado em Geotecnia), Brasília, Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Brasil, p. 104. https://repositorio.unb.br/handle/10482/24938?mode=full

Santos, C.L.; Listo, F.L.R.; Silva, O.G.; Reis, R.B. (2018). Análise metodológica de estudos referentes a eventos de movimentos de massa e erosão ocorridos na região Nordeste do Brasil. Caderno de Geografia, 28(55), pp. 959-979. https://doi.org/10.5752/P.2318-2962.2018v28n55p959-979

Seefelder, C.L.N. (2017). Estudo da influência dos parâmetros hidrogeológicos na análise de susceptibilidade à escorregamentos rasos por meio de modelo de estabilidade de encostas (Doutorado em Recursos Hídricos), Brasília, Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Brasil, p. 239. https://repositorio.unb.br/handle/10482/31062

Simonato, T.C. (2017). Projeção dos impactos econômicos regionais do desastre de Mariana-MG (Mestrado em Economia), Belo Horizonte, Universidade Federal de Minas Gerais, Faculdade de Ciências Econômicas, Brasil, p. 176. http://hdl.handle.net/1843/FACE-B9EMG8

Schwarz, H.; Michel, G.P. (2017). Avaliação de estabilidade de encostas com o uso do modelo TRIGRS no Município de Ibirama - SC. XXII Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos. Florianópolis, Brasil, Associação Brasileira de Recursos Hídricos (ABRH), pp. 1-8.

Tominaga, L.K.; Santoro, J.; Amaral, R. (2009). Desastres Naturais: Conhecer para prevenir, São Paulo, Instituto Tecnológico, pp. 27-29.

Veiga, J.M.G.C. (2008). Métodos de Análise das Incertezas na Verificação da Segurança Estrutural em Engenharia Civil (Doutorado em Ciências de Engenharia), Porto, Universidade do Porto, Faculdade de Engenharia, Portugal, p. 299.

Victorino, M.M. (2015). Influência da chuva nas poropressões e estabilidade dos taludes rodoviários de um trecho da BR 376 na Serra do Mara paranaense, Brasil, Universidade Federal do Paraná Regional (Mestrado em Geotecnia), Curitiba, p. 126. https://acervodigital.ufpr.br/handle/1884/40608

Zucollo, P.L. (2016). Procedimento para estimativa da confiabilidade geotécnica a partir de simulações numéricas: aplicação de solo não saturado (Mestrado em Geotecnia), São Carlos, Universidade de São Paulo, Escola de Engenharia de São Carlos, Brasil, p. 154. 10.11606/D.18.2017.tde-10072017-095348