Retroanálise de rompimento de talude com dados de sondagem : uma abordagem factível usando métodos probabilísticos e simulações computacionais

Abstract

Este trabalho traz uma metodologia de segmentação evidenciando os processos necessários para realizar uma retroanálise, metodologia que auxilia para obter parâmetros de resistência dos materiais frente ao atendimento de um marcador de desempenho. Para isso, o estudo fundamentou-se em uma ruptura ocorrida no Morro da Forca em Ouro Preto/MG, em janeiro de 2022. A encosta tinha aproximadamente 50 m de altura e encontrava-se em uma região estratégica dentro do município, seu rompimento trouxe perdas históricas e transtornos, felizmente não houve perdas humanas. O material presente no perfil estratigráfico se caracteriza como regolito de filito e sua rocha sã. Os dados utilizados no estudo partiram de uma campanha de investigação geológica/geotécnica no Morro da Forca, dentre as possíveis causas do seu movimento, destaca-se o alto grau de alteração do regolito e a alta declividade estando em concordância com o mergulho, tornando-se um cenário ideal para deslizamentos planares (escorregamento translacional). Foi realizada correlações geotécnicas com as sondagens, obtendo parâmetros de resistências, a partir desses dados iniciou um tratamento estatístico com intuito de obter um modelo mais assertivo e confiável, média, desvio padrão, coeficiente de variação, variância e função de distribuição acumulada, são algumas das informações necessárias e desafiadoras para um pequeno banco de dados, assim, utilizou se o software R. Para validação dos ajustes do modelo probabilístico de cada variável utilizou-se teste de hipótese, métodos gráficos e critérios de informação. O modelo geológico/geotécnico foi gerado de forma implícita por meio do LeapFrog com função de bases radiais, as análises probabilísticas foram geradas pelo Slide 2D e 3D. A partir de 1.000.000 de interações da ferramenta response surface foi possível prever a convergência do fator de segurança e da probabilidade de falha, e com isso, foi utilizado 25.000 interações do método exato de Monte Carlo. As interações para obter a retroanálise seguiram uma proporcionalidade da variância obtida pelo método de FOSM. De maneira comparativa os fatores de segurança obtidos nas análises 2D frente as 3D, alcançou-se valores semelhantes a literatura, em que os FS são mais conservadores para análises de 2D frente a 3D (15,15%). Assim, comparando a retroanálise de ambos os casos se nota parâmetros conservadores para as análises 3D frente a 2D (≈ 3%).

This study presents a segmentation methodology that highlights the necessary procedures for conducting a back-analysis, a method that assists in obtaining material strength parameters based on a defined performance criterion. The analysis is based on a slope failure that occurred at Morro da Forca in Ouro Preto, Minas Gerais, in January 2022. The slope was approximately 50 meters high and located in a strategically important area of the municipality. Its collapse caused significant historical and logistical losses; fortunately, no human casualties were reported. The material observed in the stratigraphic profile consists of phyllite regolith overlying intact bedrock. The data used in the study were obtained through a geological and geotechnical investigation campaign conducted at Morro da Forca. Among the possible causes of the slope movement, the high degree of weathering in the regolith and the steep inclination—aligned with the geological dip—stand out, creating ideal conditions for planar landslides (translational sliding). Geotechnical correlations based on borehole data were performed to estimate strength parameters. These values were subjected to statistical treatment aimed at developing a more accurate and reliable model. Mean, standard deviation, coefficient of variation, variance, and cumulative distribution functions were among the key statistical metrics employed. Given the limited dataset, the R software was used for statistical computation. To validate the probabilistic models for each variable, hypothesis testing, graphical methods, and information criteria were applied. The geological/geotechnical model was implicitly generated using Leapfrog software with radial basis functions, while probabilistic slope stability analyses were performed using Slide 2D and 3D. Using 1,000,000 iterations of the Response Surface Method (RSM), convergence of the safety factor and the probability of failure was evaluated. Based on these results, 25,000 iterations were then carried out using the exact Monte Carlo Method. The back analysis simulations followed a variance proportionality approach based on results from the First-Order Second Moment (FOSM) method. In comparative terms, the safety factors obtained from 2D and 3D analyses were consistent with literature values, showing that 2D analyses tend to produce more conservative factors of safety than 3D analyses (by approximately 15.15%). Similarly, the back-analysis results indicated more conservative strength parameters in the 3D models compared to the 2D ones (by approximately 3%).