Two-dimensional probabilistic slope stability analysis of Fundao dam

ABSTRACT: The failure of the Fundao Dam was considered, at its time, the biggest environmental disaster in Brazil and the biggest in the world involving tailings dams. Studies of the failure that followed adopted a deterministic approach, discarding the formal approach to the uncertainties involved in the design. It was identified that the non-designed presence of mud near the downstream zone impaired drainage conditions and simultaneously caused stress redistributions raising the shear stresses in the sandy tailings and leading to contractile rupture and liquefaction. This paper presents two-dimensional probabilistic analyses developed by Monte Carlo methods and following a hybrid point estimation method, considering parameter uncertainties and spatial variability inherent in the materials. With the available data, it was found that the average factor of safety decreases when the section is in the undrained condition. Evaluating the work against traditional limits of threat degrees, it was found that the left section in the undrained condition extrapolated the acceptable limits for ore dam works. However, mainly due to the lack of a borehole or cone penetration test through the total depth of the tailings of the left abutment, where the rupture started, the analyses indicated that the right hand shoulder had a higher probability of rupture.

RÉSUMÉ: La rupture du barrage de Fundão a été considérée, à l'époque, comme la plus grande catastrophe environnementale au Brésil et la plus grande au monde concernant les digues à stériles. Les études de l'échec qui ont suivi ont adopté une approche déterministe, écartant l'approche formelle des incertitudes liées au projet. Il a été identifié que la présence non prévue dans la conception de boue près de la zone en aval a entravé les conditions de drainage et a simultanément provoqué des redistributions de contraintes augmentant les contraintes de cisaillement dans les résidus sableux et conduisant à une rupture contractile et à une liquéfaction. Cet article présente des analyses probabilistes bidimensionnelles développées par des méthodes de Monte Carlo et suivant une méthode hybride d'estimation ponctuelle, en considérant les incertitudes des paramètres et la variabilité spatiale inhérente aux matériaux. Avec les données disponibles, il a été constaté que le facteur de sécurité moyen diminue lorsque la section est dans la condition non drainée. En évaluant l'ouvrage par rapport aux limites traditionnelles des degrés de menace, il a été constaté que la section gauche, à l'état non drainé, dépassait les limites acceptables pour les ouvrages de barrages minéraux. Cependant, principalement en raison de l'absence de sondage ou d'essai de pénétration au cône à travers la profondeur totale des résidus du côté gauche, où la rupture a commencé, les analyses ont indiqué que l'épaule droite avait une plus grande probabilité de rupture.