Study of surface landslides deflagrated by rains implementing unsaturated and transient analysis at regional scale

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, 2017.Os registros de perdas humanas associadas aos movimentos de massa aumentaram, significativamente, nos últimos anos documentando as precipitações de chuva como o principal agente provocador dos deslizamentos superficiais nas áreas urbanas tornando-se, esse, uma ameaça para a sociedade e um motivador para analisar a susceptibilidade das encostas aos deslizamentos quando submetidas a qualquer evento de chuva. Modelos conceituais e numéricos têm sido desenvolvidos para a análise da estabilidade de taludes, no entanto, até agora, os modelos têm revelado a necessidade de representar a infiltração da água em meios porosos e não saturados e analisar sua influência na dinâmica dos solos para a obtenção de resultados mais realistas. Tendo em vista que a ruptura de um maciço não é sempre atingida sob condições saturadas, então, em alguns casos, a análise que considera o fenômeno não saturado pode ser mais confiável e realista. Foi realizada a implementação de um modelo de estabilidade não saturado e transiente, na escala regional, onde é utilizada uma das soluções analíticas da equação de Richards proposta por Cavalcante e Zornberg, 2017. Como método de validação do modelo, foi usado um caso de estudo real, ocorrido no ano de 1990, no noroeste da Colômbia, onde um evento extremo de chuva ocasionou um conjunto de deslizamentos na mesma região. Para a modelagem da chuva em escala regional foi implementada a interpolação IDW, obtendo-se uma distribuição espacial das precipitações. A determinação do fator de segurança transiente foi feita a partir da proposta de Cavalcante e Camapum de Carvalho, 2017, na qual utilizaram o método do talude infinito. Para todas as implementações, foi utilizado o software Wolfram Mathematica como ferramenta computacional. A análise não saturada e transiente foi capaz, então, de representar a instabilidade superficial das encostas associada à infiltração da água da chuva, levando em consideração a implementação das chuvas prévias que determinam o aumento do teor de umidade do solo. Em virtude do uso de um número reduzido de parâmetros, o custo computacional do modelo, embora sendo em escala regional, é eficiente, o que permite que esta implementação possa ser usada na pratica da engenharia geotécnica.The records of human losses associated with mass movements have increased significantly in recent years documenting the rainfall as the main agent provocateur of shallow landslides in urban areas becoming, this, a menace to society and a motivator to analyze the susceptibility of the slopes to landslides when subjected to any rain event. Conceptual and numerical models have been developed for the analysis of slope stability, however, up to now, the models have revealed the need to represent the water infiltration in unsaturated porous media and to analyse its influence on soil dynamics for more realistic results. Considering that the rupture of a massif is not always achieved under saturated conditions, the analysis considering the unsaturated phenomenon can be more reliable and realistic, in some cases. The implementation of a model of unsaturated and transient stability was done, on a regional scale, using one of the analytical solutions of the Richards equation proposed by Cavalcante & Zornberg, 2017. As a method of validating the model, a real study case was used. It occurred in the 1990 year, in northwestern Colombia, where an extreme event of rain caused a series of landslides in the same region. For the modeling of rain on a regional scale, the IDW interpolation has been implemented providing a spatial distribution of precipitations. The determination of a transient safety factor was made based on the equations presented in Cavalcante & Camapum de Carvalho, 2017, in which they used the method of infinite slope. For all implementations, the software Wolfram Matematica was used as a computational tool. The unsaturated and transient analysis was able to represent the surface instability of the slopes associated with infiltration of rainwater, taking into account the implementation of the previous rains that determine the increase in the moisture content of the soil. Due to the use of a small number of parameters, the computational cost of the model, although being at the regional scale, is efficient, allowing this implementation to be used in geotechnical engineering practice