Reliability analysis of soil slope

Dissertação de mestrado integrado em Engenharia Civil (área de especialização em Estruturas e Geotecnia)O presente trabalho foca-se na análise de fiabilidade de taludes em solos naturais, começando por descrever os fatores e as causas que lhe são inerentes e os métodos disponíveis para proceder com este tipo de análise. Os métodos determinísticos e probabilísticos são descritos e comparados, nesta dissertação, com recurso a casos de estudo. Na abordagem determinística são discutidos os métodos de equilíbrio limite, de elementos finitos e análise limite. Quanto à abordagem probabilista são tratados o método de primeira ordem segundo momento, método de fiabilidade de primeira ordem e o método de simulação de Monte Carlo. Dois casos de estudo de taludes são apresentados, com o intuito de perceber qual a influência de considerar a incerteza e variabilidade dos parâmetros na avaliação da segurança do talude. O primeiro diz respeito a um talude infinito, em condições drenadas, no qual são utilizados, para esta análise, o método do talude infinito, o método de simulações de Monte Carlo e o método estocástico com recurso ao programa TOCHNOG. Verifica-se, com os três métodos, que o talude se encontra estável e o parâmetro mais influente na sua segurança é o ângulo de atrito. No entanto, quando se introduz o nível freático no talude, este passa de um estado seguro para um estado de rotura iminente. Posteriormente, o segundo caso apresenta a análise de segurança de um talude finito, recorrendo ao método determinístico e ao programa TOCHNOG. Trata-se de um caso de rotura documentado na bibliografia. Nos dois casos estudados, constatou-se que os fatores de segurança determinados pelos métodos estocásticos diferem do fator de segurança obtido pelo método determinístico. O comprimento de correlação tem uma influência determinante em cada um dos casos estudados devendo a sua compreensão ser objeto de estudos futuros. O objetivo principal deste trabalho é portanto compreender o quão relevante é fazer uma análise probabilística, tendo em conta os parâmetros geotécnicos como estocásticos, de modo a ser possível obter resultados mais consistentes do que realizando somente análises determinísticas.This work focuses on reliability analysis of slopes on natural soils, starting by describing its inherent factors and causes and the available methods to proceed with this kind of analysis. The deterministic and probabilistic methods are described and compared, in this dissertation, resorting to case studies. In the deterministic approach the limit equilibrium, finite element and limit analysis methods are discussed. Concerning the probabilistic approach the first order second moment method, first order reliability method and the Monte Carlo simulation method are addressed. Two case studies of slopes are presented, with the intention of understand the influence of considering the uncertainty and variability of the parameters on the slope safety evaluation. The first concerns an infinite slope, in drained conditions, in which are used, for this analysis, the infinite slope method, the Monte Carlo simulation method and the stochastic method resorting to the TOCHNOG software. It is verified, with the three methods, that the slope is stable and the most influential parameter on its safety is the friction angle. However, when the groundwater level is introduced in the slope, it passes from a safe state to a state of imminent failure. Subsequently, the second case presents the safety analysis of a finite slope, resorting to the deterministic method and the TOCHNOG software. This is a very well documented slope failure in the bibliography. In the two case studies, it was observed that the safety factors assessed by the stochastic methods differ from the safety factor obtained by the deterministic method. The correlation length has a major influence in both cases and should be further investigated in future works. The main objective of this work is therefore understand how relevant is to make a probabilistic analysis, taking into account the geotechnical parameters as stochastic, in order to be possible to obtain more consistent results than just performing a deterministic analysis