análise de riscos geotecnia ambiental
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Waldemar Hachich Waldemar Hachich -- Escola Escola Politcnica da USPPolitcnica da USP
Conferncia especial: Anlise de RiscosConferncia especial: Anlise de Riscos
5 Congresso Brasileiro deGeotecnia AmbientalPorto Alegre, 22/5/03
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22/5/03 2
Consideraes preliminaresConsideraes preliminares
Pano de fundo
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22/5/03 Consideraes preliminaresConsideraes preliminares 3
Riscos, Engenharia Civil, GeotecniaRiscos, Engenharia Civil, Geotecnia
Diariamente tomamos decisesdecises que envolvem riscos
Engenheiros civis so profundamente conservadores
Prescries de normas e cdigos visam a reduzir riscos de engenharia a nveis aceitveis pela sociedade
Engenheiros geotcnicos tm pouco apreo por normas e cdigos
Riscos geo-ambientais passaram a ser percebidos como muito significativos
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22/5/03 Consideraes preliminaresConsideraes preliminares 4
Anlise de Riscos em Geotecnia Anlise de Riscos em Geotecnia Ambiental (GA)Ambiental (GA) Dificuldades
OperacionalOperacional: riscos Formalizao do tratamento Quantificao
FundamentalFundamental: carter interdisciplinar No basta mais conhecer apenas a Fsica
de Solos e Rochas
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22/5/03 5
Organizao da palestraOrganizao da palestra
Dificuldade operacional (DO)Dificuldade operacional (DO) Exemplo simples de aplicaoExemplo simples de aplicao Dificuldade fundamental (DF)Dificuldade fundamental (DF) Concluses e recomendaesConcluses e recomendaes
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22/5/03 Dificuldade operacionalDificuldade operacional 6
Dificuldade operacional (DO)Dificuldade operacional (DO)
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22/5/03 Dificuldade operacional > RiscoDificuldade operacional > Risco 7
Acepes de Acepes de riscorisco
O risco desta aplice de seguros elevado
O risco de chuva nesta tarde mnimo
H um grave risco de generalizao do conflito
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22/5/03 8
perigo (ameaa,solicitaosolicitao, fatoresdemandademanda) exgenos
runa conseqncia da runa[probabilidadede runa]
vulnerabilidade (susceptibilidade,resistnciaresistncia, fatorescapacidadecapacidade) endgenos
Risco Risco ?? combinao de fatorescombinao de fatores
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22/5/03 Dificuldade operacional > RiscoDificuldade operacional > Risco 9
Componentes do Componentes do riscorisco
Componentes
Incerteza
Conseqnciasobjetivos objetivos conflitantesconflitantes
Quantificao
Probabilidade do evento indesejvel
Atributos Econmicos Ambientais Sociais
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22/5/03 DO > Risco > Quantificao > DO > Risco > Quantificao > Probabilidades > ComponenteProbabilidades > Componente
10
Probabilidade de falha de um Probabilidade de falha de um componentecomponente Formulao analtica
Pressupe existncia de modelomodelo que explique o fenmeno(ex.: estabilidade de taludes vs piping)
Exatos: requerem conhecimento da funo distribuiofuno distribuio e impem outras restries ? aplicabilidade prtica restrita
Aproximados Requerem conhecimento da funo distribuiofuno distribuio
Integrao numrica Simulao: Monte Carlo
No requeremNo requerem conhecimento da funo distribuio FOSM - processo linearizado com momentos at ordem 2 Simulao: processo de Rosenblueth
Registros histricos (dados estatsticos) Bibliografia Bancos de dados
Avaliao subjetiva
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22/5/03 DO > Risco > Quantificao > DO > Risco > Quantificao > Probabilidades > ComponenteProbabilidades > Componente
11
Funo distribuio (?)Funo distribuio (?)
Borges e Castanheta (1971)
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22/5/03 DO > Risco > Quantificao > DO > Risco > Quantificao > Probabilidades > SistemaProbabilidades > Sistema
12
((ConCon)Fiabilidade do sistema)Fiabilidade do sistema
Probabilidade de falha do sistema a partir da probabilidade de falha dos diversos componentes rvores de falhasrvores de falhas rvores de eventosrvores de eventos Lgica difusaLgica difusa Outras tcnicas com menor rigidez formal Outras tcnicas com menor rigidez formal
(HAZOP, FMOP, "(HAZOP, FMOP, "checklistchecklist", etc.)", etc.)
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22/5/03 DO > Risco > Quantificao > DO > Risco > Quantificao > Conseqncias > AtributosConseqncias > Atributos
13
Quantificao de conseqnciasQuantificao de conseqncias
Atributo nico
Mltiplos atributos
Teoria da UtilidadeTeoria da Utilidade definio de utilidade demonstrao matemtica
critrio de maximizao dessa utilidade esperada ? deciso que reflete as preferncias do decisor
Anlise hierrquicaAnlise hierrquica objetivos conflitantes cotejo de preferncias
relativas pelos atributos que quantificam os objetivos conflitantes
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22/5/03 DO > Risco > Quantificao > DO > Risco > Quantificao > Conseqncias > AtributosConseqncias > Atributos
14
Atributos e objetivosAtributos e objetivos
Especificao do atributo representativo mensurvel
escalas objetividade vs. subjetividade
Requisito do conjunto de atributos completo operacional passvel de decomposio no redundante tamanho mnimo
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22/5/03 DO > Risco > Quantificao > DO > Risco > Quantificao > DecisesDecises
15
Por que quantificar?Por que quantificar?
Para tomar decisesdecises equilibradas e fundamentadas caso a caso na elaborao de cdigos e normas
Para no correr riscos desnecessrios
Para DECIDIRDECIDIR melhor
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22/5/03 DO > Risco > Quantificao > DO > Risco > Quantificao > Decises > CritrioDecises > Critrio
16
Risco = incerteza x conseqnciaRisco = incerteza x conseqncia
C = 0
C = C*
p
1 - p
Risco = E[C] = p . C*
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22/5/03 DO > Risco > Quantificao > DO > Risco > Quantificao > Decises > CritrioDecises > Critrio
17
Risco = conseqncia esperadaRisco = conseqncia esperada
C = C1
p1
Risco = E[C] = pi . Ci
C = C2
C = Ci
C = Cn
pi
p2
pn
Obs.: notao indicial
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22/5/03 DO > Risco > Quantificao > DO > Risco > Quantificao > Decises > CritrioDecises > Critrio
18
Deciso: minimizar riscoDeciso: minimizar risco
R[An] = E[C | An]
R[A1] = E[C | A1]
A1
AnCritrio de deciso: escolher a aoAj tal que R[Aj] = min E[C | Ai] Ai
R[Ai] = E[C | Ai]
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22/5/03 DO > Risco > Quantificao > DO > Risco > Quantificao > Decises > CrticaDecises > Crtica
19
Matriz pseudoMatriz pseudo--quantitativaquantitativa
543Alta
432Mdia
321Baixa
Conseqncia
AltaMdiaBaixaProbabilidade
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22/5/03 DO > Risco > Quantificao > DO > Risco > Quantificao > Decises > CrticaDecises > Crtica
20
Escalas logartmicasEscalas logartmicas
C x
P x
0
10 -4
10 -3
10 -1
10 -2
0 0.1M$ 1M$ 10M$ 100M$
-
22/5/03 DO > Risco > Quantificao > DO > Risco > Quantificao > Decises > CrticaDecises > Crtica
21
Matriz pseudoMatriz pseudo--quantitativaquantitativa
543Alta
432Mdia
321Baixa
Conseqncia
AltaMdiaBaixaProbabilidade
-
22/5/03 DO > Risco > Quantificao > DO > Risco > Quantificao > Decises > CrticaDecises > Crtica
22
Matriz quase quantitativa A (RMatriz quase quantitativa A (RAA))
543> 1000
4321 a 1000
321< 1
Conseqncia
> 10-210-4 a 10-2< 10-4Probabilidade
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22/5/03 DO > Risco > Quantificao > DO > Risco > Quantificao > Decises > CrticaDecises > Crtica
23
Matriz quase quantitativa B (RMatriz quase quantitativa B (RBB))
963> 1000
6421 a 1000
321< 1
Conseqncia
> 10-210-4 a 10-2< 10-4Probabilidade
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22/5/03 DO > Risco > Quantificao > DO > Risco > Quantificao > Decises > CrticaDecises > Crtica
24
Comparao de Comparao de riscosriscos
RBRAE[C]CpSituao
hipottica
640,150,023
641,515000,0012
432,55000,0051
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22/5/03 DO > Extenso para a Geotecnia DO > Extenso para a Geotecnia AmbientalAmbiental
25
Extenso dos efeitos da DO em GAExtenso dos efeitos da DO em GA
Mapas de riscos incompatveis com decises fundamentadas em critrios demonstrveis e defensveis
Dissertaes e teses sem demonstrao de validade Anlise de riscosAnlise de riscos Anlise de decisesAnlise de decises Anlise hierrquicaAnlise hierrquica Lgica difusaLgica difusa rvores de falhasrvores de falhas rvores de eventosrvores de eventos
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22/5/03 Dificuldade Operacional > Dificuldade Operacional > RecomendaesRecomendaes
26
Recomendaes (DO)Recomendaes (DO)
Ter em mente que riscos so quantificados para melhorar a qualidade das decisesdecises
Certificar-se de que as escalas de riscos adotadas tenham condies de bem reproduzir as prefernciaspreferncias de quem tomar a deciso
Matrizes com escalas simplificadas podem ser produto finalproduto final, para facilitar aplicao, simplificar normas tcnicas, mas no ponto de partida
Examinar formulaes tericas consagradasconsagradas em outras reas Teoria da UtilidadeTeoria da Utilidade Anlise de DecisesAnlise de Decises Anlise hierrquicaAnlise hierrquica etc.etc.
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22/5/03 27
Organizao da palestraOrganizao da palestra
Dificuldade operacional (DO)Dificuldade operacional (DO) Exemplo simples de aplicaoExemplo simples de aplicao Dificuldade fundamental (DF)Dificuldade fundamental (DF) Concluses e recomendaesConcluses e recomendaes
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22/5/03 Exemplo de aplicaoExemplo de aplicao 28
Exemplo simples de aplicaoExemplo simples de aplicao
Aplicao dos conceitos de Anlise de Riscos a um aterro de
resduos slidos urbanos
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22/5/03 Exemplo de aplicao > DescrioExemplo de aplicao > Descrio 29
Caractersticas gerais do aterroCaractersticas gerais do aterro
Aterro controlado (cresce razo de 50.000 kN / dia)
Altura superior a 50 m Clulas envolvidas por solo compactado Drenagem de chorume e gases Dados de um escorregamento disponveis para
retroanlise (com dificuldades na estimativa das presses neutras, sobretudo de gases)
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22/5/03 Exemplo de aplicao > DescrioExemplo de aplicao > Descrio 30
TaludesTaludes
Talude NW: talude interno rea de deposio pNW = probabilidade de escorregamento do talude NW CNW = conseqncia do escorregamento do talude NW
Talude SW: face voltada para uma rodovia pSW CSW
Talude NE: face voltada para uma rua de moradias de populao de baixa renda
pNE CNE
-
22/5/03 Exemplo de aplicao > ObjetivoExemplo de aplicao > Objetivo 31
Objetivo da anliseObjetivo da anlise
Escolher inclinao dos taludes para uma expanso do aterro
Alternativas Todos os taludes com um nico coeficiente de segurana:
aquele usualmente adotado nessa rea de deposio
Cada talude com coeficiente de segurana e, portanto, inclinao diferente em funo dos diferentes riscos riscos envolvidos
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22/5/03 Exemplo de aplicao > CritrioExemplo de aplicao > Critrio 32
Critrio: risco uniformeCritrio: risco uniforme
pNW . CNW = pSW . CSW = pNE . CNE
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22/5/03 Exemplo de aplicao > Exemplo de aplicao > Quantificao > ConseqnciasQuantificao > Conseqncias
33
Estimativa de conseqnciasEstimativa de conseqncias
Conseqncias dependem: do volume do escorregamento
admitiu-se ser o volume destacado pela superfcie mais crtica da ocupao ao p dos taludes
estimado quase quantitativamente o impacto de cada uma das trs eventuais rupturas
da possibilidade de interveno prvia para evacuao (escorregamento com aviso?)
desconsiderada em funo da experincia pregressa e procedimentos de operao
Melhor estimativa CCNWNW = 1= 1 CCSWSW = 7= 7 CCNENE = 10= 10
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22/5/03 Exemplo de aplicao > Exemplo de aplicao > Quantificao > ProbabilidadesQuantificao > Probabilidades
34
Probabilidades de escorregamentoProbabilidades de escorregamento
Talude com superfcie crtica de escorregamento mais extensa ( ? maiores volumes) no oferece necessariamente maior risco
Maior nmero de elementos independentes ?menor variabilidade da integral de resistncias (lpio Nascimento e Castel Branco Falco, Revista Geotecnia)? menor probabilidade de escorregamento
Dificuldade de estimar a dimenso dos elementos independentes avaliadas algumas hipteses, com base nas dimenses das clulas
(desde 0,5 L at 5 L)
Aspectos de fiabilidade do sistema Admitiu-se, simplificadamente, que a probabilidade de
escorregamento do talude fosse aquela da sua superfcie crtica (Cornell, 1971)
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22/5/03 Exemplo de aplicao > Exemplo de aplicao > Quantificao > ModelaoQuantificao > Modelao
35
Dificuldades de modelaoDificuldades de modelao
Dificuldade de estimar presses neutras de gua
retroanlise de um escorregamento ocorrido (apesar das influncias desconhecidas das presses de gs)
hipteses diversas (ru, piezomtricas por camada)
de gs ainda no suficientemente esclarecidas
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22/5/03 Exemplo de aplicao > ResultadoExemplo de aplicao > Resultado 36
ResultadoResultado
Critrio: pNW . CNW = pSW . CSW = pNE . CNE
Taludes: FNW = 1,45 FSW = 1,35 FNE = 1,49
Diferena de inclinao baseouDiferena de inclinao baseou--se em um se em um conceito conceito defensvel defensvel de uniformizao de de uniformizao de riscorisco
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22/5/03 37
Organizao da palestraOrganizao da palestra
Dificuldade operacional (DO)Dificuldade operacional (DO) Exemplo simples de aplicaoExemplo simples de aplicao Dificuldade fundamental (DF)Dificuldade fundamental (DF) Concluses e recomendaesConcluses e recomendaes
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22/5/03 Dificuldade fundamentalDificuldade fundamental 38
Dificuldade fundamental (DF)Dificuldade fundamental (DF)
-
22/5/03 Dificuldade fundamental > Carter Dificuldade fundamental > Carter multidisciplinarmultidisciplinar
39
Ambiental = multidisciplinarAmbiental = multidisciplinar
Solos e Rochas Fsica Fsica Interao Interao
qumicaqumica Interao Interao
biolgicabiolgica
Poluentes
QumicaQumica Interao Interao
fsicafsica Interao Interao
biolgicabiolgica
? Organismos vivos BiologiaBiologia Interao Interao
qumicaqumica Interao Interao
fsicafsica
-
22/5/03 Dificuldade Fundamental > Risco > Dificuldade Fundamental > Risco > MultidisciplinarMultidisciplinar
40
Risco Ambiental = multidisciplinarRisco Ambiental = multidisciplinar
Solos e rochas, poluentes, organismos vivos Fsica Fsica QumicaQumica BiologiaBiologia
Anlise de riscos
Teoria da UtilidadeTeoria da Utilidade Anlise de DecisesAnlise de Decises Anlise hierrquicaAnlise hierrquica etcetc..
-
22/5/03 Dificuldade Fundamental > Dificuldade Fundamental > Exemplo de soluo tpicaExemplo de soluo tpica
41
Soluo tpica de contenoSoluo tpica de conteno
Leachate (co)Liner
Foundation Soil
Waste Percolation
Contaminant Transport (c, J)
Precipitation (P)
Cover
Surface Runoff (Rs)
Evaporation & Transpiration (ET)
3
4
12
-
22/5/03 Dificuldade Fundamental > Dificuldade Fundamental > ModelaoModelao
42
Dificuldades de modelaoDificuldades de modelao
Exemplo de "surpresas" da Geotecnia Ambiental
Condies anaerbicas podem propiciar o aparecimento de compostos com maior mobilidade ou toxicidade (caso do arsnico)
Difuso molecular pode tornar-se mais importante do que adveco atravs de contenes de baixssima condutividade hidrulica
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22/5/03 Dificuldade fundamental > Dificuldade fundamental > "Riscos" em Geotecnia Ambiental"Riscos" em Geotecnia Ambiental
43
Conseqncias da DF para a GAConseqncias da DF para a GA
Profissionais em Geotecnia (tradicional) passam a denominar riscos, indiscriminadamente, todos os novos desafios multidisciplinares nos quais se sentem pouco proficientes
Mapas de riscos incorretamente denominados Mapas de ameaas ou perigos (hazards) Mapas de vulnerabilidade Mapas de riscos (devem incluir conseqncias)
Banalizao do conceito de risco (comparar com situaes homlogas em Geotecnia tradicional)
Atraso na aplicao efetiva da Anlise de Riscos a problemas de Geotecnia Ambiental
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22/5/03 Dificuldade fundamental > Dificuldade fundamental > RecomendaesRecomendaes
44
Recomendaes (DF)Recomendaes (DF)
No tratar questes relativas ao carter multidisciplinar como se fossem riscos
Aplicar formulaes tericas consagradas em outras reas para analisar e para escrever normas e cdigos que reflitam preferncias da sociedade locallocal Teoria da Utilidade Anlise de Decises Anlise hierrquica etc.
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22/5/03 45
Organizao da palestraOrganizao da palestra
Dificuldade operacional (DO)Dificuldade operacional (DO) Exemplo simples de aplicaoExemplo simples de aplicao Dificuldade fundamental (DF)Dificuldade fundamental (DF) Concluses e recomendaesConcluses e recomendaes
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22/5/03 Concluses e recomendaesConcluses e recomendaes 46
Concluses e recomendaesConcluses e recomendaes
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22/5/03 Concluses e recomendaesConcluses e recomendaes 47
Bem quantificar riscos geoBem quantificar riscos geo--ambientais para melhorar ambientais para melhorar decisesdecises
caso a caso por meio de normas e cdigos
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22/5/03 Concluses e recomendaesConcluses e recomendaes 48
Embora reconhecendo dificuldades nos aspectos Embora reconhecendo dificuldades nos aspectos multidisciplinares da GA, reservar para a multidisciplinares da GA, reservar para a Anlise de Riscos o seu devido lugar, aplicando:Anlise de Riscos o seu devido lugar, aplicando:
Teoria da Utilidade Anlise de Decises Anlise hierrquica etc.
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22/5/03 Concluses e recomendaesConcluses e recomendaes 49
No perder nenhuma oportunidade de aplicar Anlise No perder nenhuma oportunidade de aplicar Anlise de Riscosde Riscos
decises podem no ser significativamente melhores do que aquelas tomadas sem formalizao
estaro certamente muito melhor fundamentadas e passveis de reviso objetivaobjetiva por clientes, seguradoras, etc.
deficincias explicitadas podero levar a anlises melhores no futuro
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22/5/03Waldemar Hachich Waldemar Hachich -- Escola Escola
Politcnica da USPPolitcnica da USP50
Informaes adicionaisInformaes adicionais
Apresentao disponvel em:www.lmcwww.lmc..ep.usp.br/people/whachichep.usp.br/people/whachich
e-mail: whachich@usp.brwhachich@usp.br
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