Avaliações
geotécnicas são estudos fundamentais em engenharia para analisar solo e rochas,
definindo suas propriedades físicas e mecânicas (resistência, deformação) para
garantir a segurança e viabilidade de obras como edifícios, estradas e
barragens, usando sondagens, ensaios de campo/laboratório para prever riscos
(recalques, instabilidade) e otimizar fundações, evitando falhas e custos
extras.
A
avaliação da segurança estrutural pode ser feita na engenharia de geotecnia com
base em análises determinísticas ou probabilísticas. Todavia qualquer delas
exige uma técnica, ou algoritmo de cálculo, que terá necessariamente um caráter
determinístico. As causas que determinam ou implicam o início do colapso em
maciços terrosos são várias, aparecendo cada uma com diferentes curvas de
distribuição de ocorrências.
Contudo,
a simulação do colapso exige, inevitavelmente, a variação de uma ou mais dessas
causas, até à obtenção de uma situação de decência global. Só então poderá ser
medido, ou avaliado, o grau de segurança. Sucede que o grau de segurança assim
obtido varia, de forma significativa, com a própria ação, ou causa, escolhida
para conduzir o maciço ao colapso.
Este
efeito, característico de um comportamento não linear, deve ser particularmente
avaliado no caso das obras de geotecnia.
O algoritmo de cálculo devera modelar, o melhor possível, o comportamento do maciço na fase anterior ao colapso, bem como simular o próprio colapso. Como nem todos os métodos cumprem estas condições, e em particular a última, na que selecionar aqueles que satisfazem ao objetivo pretendido. Estão neste caso os métodos elasto-visco-plásticos, desenvolvidos para os solos e rochas, e o método não linear desenvolvido para maciços diaclases que são fraturas naturais em rochas, como fendas ou juntas, que dividem a rocha em blocos sem deslocamento significativo entre eles, ao contrário das falhas.
Formam-se por tensões tectônicas, resfriamento
de magma (juntas colunares), descompressão ou mudanças de temperatura, e são
importantes em geologia para entender a deformação das rochas e a formação de
paisagens como relevos residuais. O
modelo de cálculo em si, ou alguns dos seus parâmetros aparentemente
secundários, podem ter influência no valor do coeficiente de segurança. O
reconhecimento desta eventual influência deve ser feito previamente à aplicação
do modelo de Cálculo.
O tema
da segurança é, assim, uma área de reconhecida importância que, por razões
específicas da geotecnia, deve ser objeto, da atenção dos especialistas. E que
a prática corrente do uso de um coeficiente de segurança ao nível do projeto
não permite, nem tem em consideração, uma análise apropriada de riscos.
Pelo
que a ponderação em termos econômicos da mesma se acha baseada em princípios
empíricos que conduzem a projetos demasiado caros ou demasiado perto dos
limites da segurança requerida.
Está
já a fazer-se, de resto, nesta área científica, um grande investimento nos
domínios da segurança, verificando-se o reconhecimento de que os riscos não
podem ser eliminados e, simultaneamente, uma grande vontade de abordar a
questão da segurança de uma forma dita probabilística.
As
formas simples e eficientes de aplicação de todas as técnicas desenvolvidas,
não no domínio científico, mas ao nível do projeto, são afinal o maior desafio
que agora se coloca.
Uma
das dificuldades reconhecidas resulta de uma certa confusão existente quanto a
forma de utilização da teoria das probabilidades e quanto a sua relação com
outras teorias de análise da segurança. Quando um engenheiro usa um processo
estatístico para caracterizar um determinado parâmetro de um solo, a partir de
um certo número de ensaios, não está a trabalhar com conceitos probabilísticos
de segurança, mas sim a usar uma técnica estatística para extrair informação de
um conjunto de medidas.
Salientam-se
as seguintes aplicações da teoria das probabilidades à engenharia geotécnica:
-
Otimização de sondagens, exploração e testes: Por exemplo, a teoria pode ser
usada para projetar uma malha de sondagens tendo em vista a minimização da
possibilidade de se ignorar uma zona fraca num maciço de solo ou rocha.
Teoria de fiabilidade: Esta teoria fornece uma base para avaliar a segurança de
componentes, de subestruturas ou global, de uma forma lógica e consistente.
Otimização do projeto em face de incertezas: Nesta aplicação o desconhecimento
de ações e de comportamentos estruturais pode ser tomado em conta tendo em
vista uma otimização (econômica e de segurança) do projeto.
Avaliação de riscos: Esta técnica envolve um conjunto de conceitos e
procedimentos de cálculo, tal como de ramificações de acontecimentos e de
caminhos de colapso.
À
análise convencional, ou determinística, do grau de segurança de uma obra,
contrapõem-se as análises baseadas em conceitos probabilísticos. Da primeira
resulta o chamado coeficiente de segurança determinístico; das últimas resultam
os coeficientes de segurança probabilísticos, as probabilidades de falha ou
colapso, a avaliação de riscos. Qualquer destas conduz a obtenção de uma noção
de segurança mais de acordo com os riscos inerentes à execução de obras e à
utilização de construções.
Uma análise da segurança diz determinística, num ponto de vista estrutural, quando existe uma confiança total nos parâmetros envolvidos no cálculo e quando se aceita como exato o método de cálculo aplicado. Neste caso o coeficiente de segurança assim obtido diz determinístico. Pertencem a este tipo de análise a quase generalidade dos processos e técnicas de cálculo desenvolvidos na mecânica dos solos e rochas.
Uma
análise da segurança diz probabilística quando na uma base probabilística na
definição da segurança. Quando, por exemplo, o coeficiente de segurança resulta
da aceitação de uma distribuição normal das ações e das resistências
(acontecimentos aleatórios) e quando é usada a teoria das probabilidades na
definição do colapso por comparação entre o esforço (resultado das ações) e a
resistência.
Em
relação aos materiais, o engenheiro geotécnico encontra dificuldades muito
acrescidas, na aplicação das mesmas técnicas de avaliação de segurança, por ter
de lidar com valores de dispersão mais acentuada. Uma análise pode basear-se na
estatística para a caracterização dos parâmetros de um modelo de cálculo, usar
conceitos estatísticos na definição das ações e o coeficiente de segurança
resultante ser apenas probabilístico (ou semi-probabilístico). Para que uma
análise da segurança possa ser considerada verdadeiramente probabilística será
necessário introduzir mais qualquer coisa no cálculo como, por exemplo, os
conceitos da teoria da fiabilidade. Entre o cálculo puramente determinístico, o
pseudo-probabilístico (ou semi-probabilístico) e o probabilístico na uma
variação de significado (base teórica) e efetivamente importante, mas que nem
sempre se traduz em correspondente variação quantitativa dos resultados.
Um facto saliente é que em todos os casos se necessita de uma ferramenta, ou técnica de análise, que é o modelo de comportamento a usar no cálculo.
Este
permite comparar os esforços devidos às ações com as resistências, de uma forma
consistente, e de acordo com as teorias de comportamento local e estrutural dos
diversos materiais.
A
escolha do modelo de comportamento a usar no cálculo não é indiferente, ao
contrário do que por vezes parece, e as variações introduzidas podem absorver
toda a tentativa de definir melhor o conceito de segurança à custa de métodos,
como o probabilístico, necessariamente mais sofisticados.
O uso
de um método de cálculo perfeito, determinístico ou exato, é impossível. O
risco assumido pelo uso de um qualquer método deve ser avaliado e, dentro de
certa forma, quantificado no cálculo final. Compete ao projetista a escolha do
melhor método, centro do binómio: economia e segurança.