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ESTABILIDADE DE TALUDES E ENCOSTAS

Aula 3

Departamento de Engenharia Civil

UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO

Prof: Leonardo Guimarães

ANÁLISE DE ESTABILIDADE

Análise da Estabilidade

O objetivo do engenheiro geotécnico ao analisar a estabilidade de encostas é

determinar o fator de segurança.

A partir de um fator de segurança pré-fixado pode-se calcular as alturas

máximas de corte ou aterro para um projeto a ser executado com um

determinado ângulo de inclinação.

Entende-se como ruptura de um talude o deslizamento de um porção de terra

sobre o restante do maciço.

A análise da estabilidade de um talude é feita correlacionando as forças

atuantes com as resistentes.

Nota-se a importância dessas análises nas encostas localizadas nas

margens das rodovias e próximas das edificações.

Análise da Estabilidade

As tensões estabilizadoras que asseguram a integridade dos taludes são

provenientes do atrito e da coesão existentes entre as partículas do solo.

A análise de estabilidade apresentará um fator de segurança:

• FS<1: Situação de ruptura – instável;

• FS=1: Situação limite;

• FS>1: Situação frágil - pouco estável;

• FS>>1: Situação estável.

FS =𝑇𝑒𝑛𝑠õ𝑒𝑠 𝐸𝑠𝑡𝑎𝑏𝑖𝑙𝑖𝑧𝑎𝑑𝑜𝑟𝑎𝑠 𝑑𝑒𝑣𝑖𝑑𝑜 𝑎𝑜 𝐴𝑡𝑟𝑖𝑡𝑜 𝑒 𝐶𝑜𝑒𝑠ã𝑜 𝑑𝑜 𝑆𝑜𝑙𝑜

𝑇𝑒𝑛𝑠õ𝑒𝑠 𝑎𝑡𝑢𝑎𝑛𝑡𝑒𝑠

FS =𝑅𝑒𝑠𝑖𝑠𝑡ê𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑀é𝑑𝑖𝑎 𝑎𝑜 𝐶𝑖𝑠𝑎𝑙𝑕𝑎𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑑𝑜 𝑠𝑜𝑙𝑜

𝑇𝑒𝑛𝑠ã𝑜 𝑑𝑒 𝐶𝑖𝑠𝑎𝑙𝑕𝑎𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑎𝑡𝑢𝑎𝑛𝑡𝑒 𝑎𝑜 𝑙𝑜𝑛𝑔𝑜 𝑑𝑎 𝑠𝑢𝑝𝑒𝑟𝑓í𝑐𝑖𝑒 𝑝𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑟𝑢𝑝𝑡𝑢𝑟𝑎

Análise da Estabilidade

DEFINIÇÃO: significa verificar se o talude é estável,

através da determinação do fator de segurança

associado a uma superfície potencial de deslizamento

crítica.

FATOR DE SEGURANÇA:

forma numérica de quantificar a estabilidade do talude:

FS = grandezas resistentes que ocorrem na ruptura

grandezas resistentes necessárias ao equilíbrio

Análise da Estabilidade

ASPECTOS IMPORTANTES:

• FS / tempo crítico

• análise em tensões totais ou efetivas

• tipo de resistência a ser utilizada

• peso específico a ser utilizado

• poro pressão.

FATORES DE SEGURANÇA

In c e r te z a n a m e d id a d e r e s is tê n c iaC u s to s e c o n s e q u ê n c ia s

n u m a r u p tu r a d o ta lu d e P e q u e n o1

G r a n d e2

C u s to s d e re p a ra ç ã o

c o m p a rá v e l a o d e

c o n s tru ç ã o . N e n h u m p e r ig o

a v id a s h u m a n a s o u a o u t ro s

b e n s s e o ta lu d e ro m p e r .

1 .2 5 1 .5

C u s to s d e re p a ra ç ã o m u ito

m a io re s d o q u e o c u s to d e

c o n s tru ç ã o . P e r ig o a v id a s

h u m a n a s o u p re ju íz o a

o u tro s b e n s s e o ta lu d e

ro m p e r .

1 .5 2 .0 o u m a io r

1 as incertezas nas medidas de resistência são pequenas, se as

condições do solo forem uniformes e os parâmetros de resistência

obtidos dos ensaios forem consistentes e de elevada qualidade.

2 as incertezas nas medidas de resistência são grandes, se as

condições do solo forem complexas e os parâmetros de resistência

obtidos dos ensaios não forem consistentes.

VARIAÇÃO DO FATOR DE SEGURANÇA COM O TEMPO

Análise da Estabilidade

Marinho, 2009

Métodos de Equilíbrio Limite

Problema Básico

Métodos de Equilíbrio Limite

Hipóteses Básicas

Métodos de Equilíbrio Limite

Métodos de Equilíbrio Limite

Métodos de Equilíbrio Limite

(S) esSolicitant Forças

(R) sResistente Forças=FS

Taludes estáveis FS > 1

Para c = 0 tem-se

Forças Resistentes = P cos i tg

Forças Solicitantes = P sen i

FS = 1 (Equilíbrio Limite) quando = i

F S = P c o s i t g

P s e n i

= t g

t g i

Métodos de Equilíbrio Limite

CARGAS ATUANTES:

• CARGAS EXTERNAS;

• PESO PRÓPRIO (W);

• PRESSÃO DA ÁGUA (u);

• RESISTÊNCIA DO SOLO (t).

RUPTURAS

• Não Circular

• Circular

Marinho, 2009

INFORMAÇÕES MÍNIMAS NECESSÁRIAS A UMA ANÁLISE DE ESTABILIDADE

• Geometria do talude (inclinação, altura, forma)

• Perfil geotécnico

• Parâmetros geotécnicos dos materiais

• Hidrologia superficial e subterrânea

• Poro pressões

• Estudo da pluviometria

• Condições de carregamento (externo e interno)

• Escolha do método de cálculo

• Definição da (s) superfície (s) potencial (ais) de ruptura

• Obtenção do FSmin

ANÁLISE DE ESTABILIDADE

MÉTODOS DE ANÁLISE DE ESTABILIDADE

PRINCIPAIS MÉTODOS DE CÁLCULO

• MÉTODOS LINEARES:

- Método do momento p/ = 0

- Taludes infinitos

- Método de Culmann

- Método de Rendulic

- Método do círculo de atrito

ANÁLISE DE ESTABILIDADE

MÉTODOS DE ANÁLISE DE ESTABILIDADE

PRINCIPAIS MÉTODOS DE CÁLCULO

• MÉTODOS NÃO LINEARES :

-Método Sueco ou das fatias

-Método de Bishop

-Método de Fellenius

- Método de Bishop Modificado

SUPERFÍCIE CIRCULAR:

ANÁLISE DE ESTABILIDADE

MÉTODOS DE ANÁLISE DE ESTABILIDADE

PRINCIPAIS MÉTODOS DE CÁLCULO

• MÉTODOS NÃO LINEARES :

- Método de Spencer

- Método de Morgenstern e Price

- Método de Janbu

- Método de Sarma

- Método de Blocos

SUPERFÍCIE QUALQUER:

ANÁLISE DE ESTABILIDADE

HIPÓTESES:

1) O solo se comporta como material rígido-plástico. Ou seja, rompe bruscamente.

2) As equações de equilíbrio da estática são válidas até a iminência da ruptura, após este ponto o processo é dinâmico.

3) O coeficiente de segurança(F) é constante ao longo da superfície de ruptura, ou seja, ignora-se a existência ruptura progressiva.

Marinho, 2009

MÉTODOS DE ANÁLISE POR EQUILÍBRIO LIMITE

Métodos de Equilíbrio Limite

Tipos de Análise

RESITÊNCIA AO CISALHAMENTO DRENADO

t = c + tg

Solos: Argila arenosa, Solo residual, Solo não saturado, etc.

RESITÊNCIA AO CISALHAMENTO NÃO-DRENADO

Solo argiloso

t = Su

Métodos de Equilíbrio Limite

Tensões Totais x Tensões Efetivas

Caso general

• c=c’, =’

• Ruptura a largo plazo

Caso c=Su, =0

• Ruptura corto plazo

• Permeabilidad reducida

k≤10-4 cm/s

F=4Su/gH

Métodos de Equilíbrio Limite Corte Verical

Métodos de Equilíbrio Limite

Métodos de Análise

Métodos de Equilíbrio Limite

Método das Fatias das Análises de Estabilidade

Método das Fatias das Análises de Estabilidade

Considerações:

• Superfície circular (centro O e raio r)

• A massa de solo é subdividida em lamelas (largura b)

• A base da lamela é uma reta.

• Cada base de lamela possui apenas um tipo de solo.

• A inclinação da base com a horizontal é .

• A altura da lamela é medida no centro (h)

MÉTODO SUECO (LAMELAS)

Método das Fatias das Análises de Estabilidade

Nos estudos da estabilidade de taludes define-se o coeficiente de segurança (F) como sendo a relação entre a resistência ao cisalhamento do solo(s) e a resistência mobilizada (t).

mobilizada

disponível

MS

S

S

SF

tgcSM

.

S = resistência ao cisalhamento do solo ao longo da superfície de ruptura

(resistência disponível)

SM = Tensão cisalhante atuante (resistência mobilizada) – f (c’,’)

Método das Fatias das Análises de Estabilidade

– Pesquisa da superfície crítica (tentativas)

No caso de superfície não predefinida:

Método das Fatias das Análises de Estabilidade

Método das Fatias das Análises de Estabilidade