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7/22/2019 55658426 Estabilidade de Taludes

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UFPR - Notas de Aula - Estabilidade de Taludes Andrea Sell Dyminski

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Crista ou To o

Talude

Su erfcie de Ru tura

Massa EscorregadaP

i

NOES DE ESTABILIDADE DE TALUDES ECONTENES

Profa. Andra Sell Dyminski, Dr.Eng.

[email protected]

1.Introduo

Talude pode ser definido como uma superfcie inclinada que delimita um macio

terroso ou rochoso.

Pode-se dizer que composto de:

2.Significado Scio-Econmico de Escorregamentos

Cada vez mais, o estudo dos processos de instabilizao de taludes e suas formas de

conteno tornam-se necessrios, devido a desastrosas conseqncias que os

escorregamentos acarretam. Pode-se dizer que a ocorrncia dos mesmos deve aumentar,

devido principalmente a:


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i. Aumento da urbanizao e do desenvolvimento de reas sujeitas aescorregamentos;

ii. Desflorestamento contnuo destas reas;iii. Aumento das taxas de precipitao causadas pelas mudanas de clima.

obvio que os escorregamentos geram custos, que podem ser classificados como

diretos e indiretos. Os custos diretos correspondem ao reparo de danos, relocao de

estruturas e manuteno de obras e instalaes de conteno.

Escorregamento em Shigeto Japo, 1972.

Pode-se dizer que os custos indiretos so ainda maiores, podendo ser citados:

a) Perda de produtividade industrial, agrcola e florestal, bem como potencialturstico devido aos danos locais e interrupo de sistemas de transporte;

b) Perda de valor de propriedades, bem como de impostos referenciados por ele;c) Perda de vidas humanas, invalidez fsica ou trauma psicolgico em moradores

de locais afetados por escorregamentos.


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3.Tipos e Processos de EscorregamentosGeralmente, os tipos de escorregamentos podem ser divididos em cinco grandes

grupos:

Tipos de escorregamentos


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a) Quedas ou desprendimentos (falls) : destacamento ou descolamento de solo ou

rocha de um talude ngreme.

b) Desprendimento (topples): rotao de massa de solo ou rocha em um ponto ou eixo

abaixo do centro de gravidade da massa deslizante. Pode levar ao movimento de queda

ou esocrregamento propriamente dito, dependendo da geometria do terreno.

c) Escorregamento (propriamente dito ou slide): movimento de descida de massa de

solo ou rocha, tendo uma superfcie de ruptura bem definida. Geralmente o centro de

rotao est acima do centro de gravidade da massa deslizante.

Quando ocorre lenta e progressivamente, pode receber tambm o nome de

rastejo ou creep.

d) Espalhamento (Spread): descreve movimentos relativamente rpidos de massas de

argila, que podem ter estado estveis por muito tempo, que se deslocam para frente por

uma distncia considervel.

e) Corridas de lama (mood flow): Movimentos muito rpidos de solo argiloso mole, que

se move como se fosse um fluido viscoso. Movimentos de fluxo tambm podem

acontecer com outros materiais, por exemplo, areia seca.

Eles tambm podem ser caracterizados segundo a velocidade de deslocamento da massa

deslizante (segundo Varnes e Hungr)

3.1. Caracterizao do local

muito importante a identificao de reas vulnerveis a movimentaes. A

identificao destas reas pode ser feita atravs de:

- Mapas topogrficos;- Mapas geolgicos;- Fotografias areas e de satlite;- Evidncias de movimento.


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Podem tambm ser realizadas investigaes de campo, que exigem planejamento

prvio, quando o problema a ser investigado deve ser bem definido e escolhidos os

mtodos de investigao. Devem ser realizados trabalhos detalhados de:

- Levantamento topogrfico;- Estudo das estruturas geolgicas;- Explorao do subsolo:

i. Sondagens a Trado;ii. Sondagens SPT;

iii. Sondagens rotativas;iv. Outros ensaios: CPT, Palheta (Vane Test), dilatmetro, etc...

- gua no terreno: superficial e subterrnea (medies de nvel de gua eporo-presso (piezmetros), permeabilidade do solo/rocha, regime de

chuvas)

- Fatores Ambientais:i. Clima;

ii. Fatores Humanos (antrpicos);iii. Ecossistema.

Caso haja necessidade, pode-se realizar instrumentao de campo:

- na superfcie;- Inclinmetros,- Piezmetros.

3.2 Mecanismos que levam ruptura

So aqueles que levam a um aumento dos esforos atuantes ou a uma diminuio da

resistncia do material que compe o talude ou do macio como um todo.

O material que compe um talude tem a tendncia natural de escorregar sob a influncia

da fora da gravidade, entre outras que so suportadas pela resistncia ao cisalhamento

do prprio material.


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R

AN.A

R= Tenses resistentes = c + . tg (critrio de Mohr-Coulomb para solos)A = Tenses atuantes

Algumas das causas do aumento de A ou da diminuio de Rpodem ser:

- Causas externas:i. Mudana da geometria do talude (inclinao e/ou altura), devido

a cortes ou aterros, no talude ou em terrenos adjacentes;

ii. Aumento da carga atuante (por sobrecargas na superfcie, porexemplo);

iii. Atividades ssmicas, e outras...

- Causas internas:i. Variao do nvel de gua (N.A.), que pode gerar:

a) Aumento do peso especfico do material;b) Aumento da poro-presso diminuio da presso

efetiva;c) A saturao em areias faz desaparecer a coeso

fictcia;

d) Rebaixamento rpido do NA foras de percolao...ii. Diminuio da resistncia do solo (ou rocha), ou do macio como

um todo, com o tempo (por lixiviao, por mudanas nos

minerais secundrios, nas descontinuidades, etc.);


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Diversos fatores podem gerar os efeitos acima mencionados. Os mesmos encontram-se

relacionados no quadro a seguir.


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3.3 Anlise de Risco

Atravs da anlise dos fatores geradores de escorregamentos e da probabilidade de sua

ocorrncia, podem ser obtidos os mapeamentos de risco de deslizamentos em stios deinteresse.

Exemplo de mapa de risco de deslizamento

O risco de ocorrncia de deslizamentos pode ser reduzido atravs de quatro medidas

bsicas:

- Restrio ocupao de reas de lato risco;- Adoo de normas e cdigos para movimentos de terra e construes;- Execuo de obras de drenagem, conteno e correo de geometria de taludes,

para preveno de escorregamentos;

- Monitorao da gua superficial e subterrnea e de deslocamentos, podendo serdesenvolvidos sistemas de alerta de movimentos iminentes.


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4.Anlise da Estabilidade de TaludesObjetivos:

1. Averiguar a estabilidade de taludes em diferentes tipos deobras geotcnicas, sob diferentes condies de solicitao, de modo

a permitir a execuo de projetos econmicos e seguros;

2. Averiguar a possibilidade de escorregamentos de taludesnaturais ou construdos pelo homem, analisando-se a influncia de

modificaes propostas Anlise de sensibilidade Estudoda influncia relativa de parmetros, como por exemplo, de

resistncia, variando-se as condies de fluxo;

3. Analisar escorregamentos j ocorridos, obtendo-sesubsdios para o entendimento de mecanismos de ruptura e da

influncia de fatores ambientais Retroanlise da estabilidade;

4. Executar projetos de estabilizao de taludes j rompidos,investigando-se as alternativas de medidas preventivas e corretivas

que possam ser necessrias;

5. Estudar o efeito de carregamentos extremos naturais oudecorrentes da ao do homem, tais como, terremotos, maremotos,

exploses, altos gradientes de temperaturas, execuo de obras, etc.

6. Entender o desenvolvimento e forma de taludes naturais eos processos responsveis por diferenas em caractersticas naturais

regionais retrabalhamento da crosta terrestre

As tcnicas de anlise de estabilidade podem ser divididas em dois grandes grupos:

ii. Anlise Probabilsticaiii. Anlises Determinsticas


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4.1 Anlise Probabilstica

Requer conhecimento das distribuies de probabilidade ou das funes de densidade

de probabilidade das variveis aleatrias associadas ao problema.

A Define a probabilidade de ruptura

O nmero de dados disponveis e o grau de disperso dos mesmos em relao a uma

mdia afetam sensivelmente a probabilidade calculada.

A interdependncia de fatores (p.ex.: grau de intemperismo x resistncia; Intensidade

de chuva x tipo de solo x variaes de resistncia; inclinao do talude x tipo de

solo x condies de drenagem; etc.) e nmero pequeno de informaes tornam as

anlises probabilsticas, no momento, restritas do ponto de vista de aplicao prtica na

previso de problemas de ruptura de um modo geral.

Porm, com o progresso dos estudos nos ltimos anos, estas anlises encontram-se em

expanso.

As anlises probabilsticas so essenciais para a confeco de Mapas de Potencial de

Ruptura, Mapas de Risco de Ruptura, Mapas de Ocupao/Aproveitamento de solos, e

outros.

Freqncia/No. De medies

Tenso

TensoAtuante

TensoResistente

A rea deresistnciabaixa e cargaalta.


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4.2 Anlises Determinsticas

Realizadas em funo do fator ou coeficiente de segurana (F), que pode sua vez podeter diversas definies:

a) Fator que minora os parmetros de resistncia ao cisalhamento (em termos detenses efetivas):

21

'.'

'

F

tg

F

cN

+= com F = F1 = F2

b) Fator que minora a resistncia ao cisalhamento (em termos de tenses totais):

43

.F

tg

F

cN

+= com F = F3 = F4

c) Relao entre momentos resistente (MR) e atuante (MA) (para superfcie deruptura circular):

F = MR/MA

d) Relao entre foras resistente (FR) e atuante (FA) (Fundaes):

F = FR/FA

e) Relao entre resistncia ao cisalhamento do solo e tenses cisalhantes atuantes

no macio:

F = (Resistncia ao Cisalhamento)/(Tenses Atuantes)

OBS: Cada definio de F pode implicar em um diferente valor.


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As anlises determinsticas envolvem os seguintes mtodos:

i. Anlise limite;ii. Tenso deformao;

iii. Equilbrio Limite.

4.2.1 Anlise Limite

Baseia-se no uso das teorias de limite inferior e superior da Teoria da

Plasticidade.

Problemas envolvidos neste tipo de anlise:

i.Limite Inferior: Definio de campo de tenses admissveisrealsticos;

ii. Limite Superior: Definio de modo de Ruptura a priori

(forma da superfcie de ruptura) realstico.

4.2.2 Tenso Deformao:

Esta soluo envolve mtodos numricos, sendo o MEF Mtodo dos

Elementos Finitos o mais comum.

Esta soluo requer:

i. Perfil geotcnico (geometria do problema, incluindo estratigrafia);ii. Processo de formao do solo;

iii. Determinao e modelagem das caractersticas de tenso deformao ( como esta geralmente uma tarefa bastantecomplicada, representatividade do modelo para solos naturais pode

ficar prejudicada).


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Anlise do comportamento de um talude atravs do MEF:

a) Seo transversal de aterro sobre argila mole;b) Campo de velocidades;c) Regio plastificada.

4.2.3 Equilbrio Limite:

Hipteses bsicas:

1) Assume-se a existncia de uma superfcie de ruptura bem definida;2) A massa de solo ou rocha encontra-se em condies de ruptura generalizada iminente

(i.e., em um estado de equilbrio limite);

3) Assume-se um critrio de ruptura (em geral Mohr-Coulomb), o qual satisfeito ao

longo de toda a superfcie de ruptura;

4) Assume-se um coeficiente ou fator de segurana (F constante e nico ao longo da

superfcie potencial de ruptura).


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Objetivo: encontrar a superfcie crtica de ruptura, ou seja, a que corresponde ao menor

valor de F.

A anlise por equilbrio limite engloba os chamados mtodos tradicionais:

- Perfis homogneos: para superfcies de ruptura circulares (hiptese compatvel com a

considerao de talude/fundao constitudo por um nico material). Geralmente

utilizados para anlises em termos de tenses totais.

So mtodos de anlise expedita (sem justificativa atual para uso em projetos/retro-

anlises, pois so ultrapassados).

Ex: Mtodos de Taylor (1948) e Frohilich (1955).

- Perfis Quaisquer: Englobam os chamados mtodos de fatias.

a) Mtodos Simplificados:1. Fellenius;2. Bishop;3. Janbu;

b) Mtodos rigososos:1. Spencer;2. Morgenstern e Price;3. GEL (Fredlund)4. Sarma.


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5.Estabilizao de TaludesO objetivo principal das tcnicas de estabilizao de taludes aumentar a segurana dosmesmos.

5.1 Consideraes de projeto

No se pode normatizar o projeto de estabilizao de taludes, pois cada problema

nico, tendo-se em vista a natureza dos solos (materiais naturais) e o local onde se

encontram.

Para se poder projetar adequadamente um talude que seja estvel, deve-se levar em

considerao dos dados de investigao de campo, ensaios de laboratrio, anlises de

estabilidade efetuadas, a forma de execuo da obra e sua manuteno. E,

principalmente, o engenheiro deve utilizar seu bom senso.

Muitas vezes, com uma simples modificao de geometria do talude, pode-se torn-loestvel. Outras vezes, necessria a execuo de obras complexas de engenharia.

Modificao da geometria do talude, tornando o mesmo estvel.


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5.2 Tratamento Superficial

uma medida preventiva a fim de evitar que material do macio seja perdido, atravs

da eroso da face e/ou que gua em demasia infiltre no terreno.

Para tal, faz-se o recobrimento da superfcie do talude geralmente com:

a) Vegetao rasteira;

b) Telas (geossintticos);

c) Argamassa ou concreto jateado.

5.3 Solo Reforado

Consiste na introduo de elementos resistentes na massa de solo, com a finalidade de

aumentar a resistncia do macio como um todo. O mtodo de execuo o chamado

Down-Top (de baixo para cima). Durante a execuo do aterro a ser reforado, a cada

camada de solo compactado executada, faz-se o intercalamento com uma camada de

elementos resistentes. medida que o aterro vai sendo alteado, o talude reforado vai

tomando forma. Geralmente, a face do talude reforado recebe um revestimento, para

que problemas, como eroso, possam ser evitados.

Diferentes tipos de materiais podem ser utilizados como elementos de reforo, tais

como os que esto citados a seguir, nos itens 5.3.1 a 5.3.3.

5.3.1 Terra Armada

Os elementos de reforo so tiras metlicas, que recebem tratamento especial anti-

corroso. Estas tiras so presas a blocos de concreto que protegem a face, para que se

evite deslocamento excessivo das mesmas. Cabe lembrar aqui que estes blocos de

concreto no possuem funo estrutural.


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Esquema de aterro em terra armada

5.3.2 Geossintticos

Atualmente, estes materiais vm sendo amplamente utilizados e novos tipos dos

mesmos vem sendo desenvolvidos. Podem ser utilizados com diferentes finalidades:

separao de materiais, reforo de aterros, filtrao, drenagem e barreiras impermeveis.

Os mais utilizados como elementos de reforo em solo so:

a)Geogrelhas;

b)GeoNets (geo-redes);

c)Geotxteis tecidos e no tecidos;

d)Geocompostos (combinao de pelo menos dois geossintticos).


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Tipos de geossintticos


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a) Execuo de aterro reforado com geossinttico; b) Obra concluda.

5.3.3 Materiais Alternativos

Outros materiais que apresentam resistncia maior que o solo podem ser utilizados

como elementos de reforo. Diversas alternativas consideradas de baixo custo e

ecologicamente corretas podem ser citadas, entre elas, a utilizao de pneus usados e

bambus.


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5.4 Solo Grampeado (ou Pregado)Consiste na introduo de barras metlicas, revestidas ou no, em macios naturais ou

em aterros. Sua execuo composta das seguintes fases: perfurao do macio,introduo da barra metlica no furo e preenchimento do mesmo com nata de cimento.

A cabea do prego pode ser protegida, bem como a face do talude, com argamassa de

cimento ou com concreto jateado. Os grampos no so protendidos, sendo solicitados

somente quando o macio sofre pequenos deslocamentos.

(b)

(a)

(c)

a) Talude grampeado Obra concluda; b) Esquema de talude grampeado, com face

protegida por geossinttico; c) Detalhes dos grampos.


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5.5 Muros de Arrimo

So paredes que servem para conter massas de terra. Podem ser de diversos tipos efuncionar de diferentes maneiras.

a) Muros a gravidade;b) Cantiveler;c) Com contrafortes;d) Crib Wall;e) Semi-Gravidade (com parte de concreto

armado;f) Retro-aterro de ponte;g) Gabies.

(g)


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5.6 Cortina Atirantada

Consiste numa parede de concreto armado, atravs dos quais o macio perfurado,sendo introduzidas nos furos barras metlicas (tirantes). Aps o posicionamento destas

barras, introduzida nas perfuraes nata de cimento a alta presso, que penetra nos

vazios do solo, formando um bulbo, e ancorando as barras metlicas. Passado o tempo

de cura da nata de cimento, os tirantes so protendidos e presos na parede de concreto, o

que faz com que esta estrutura seja empurrada contra o macio.

Detalhes de um tirante

Esquema de Cortina atirantada e

Obra pronta.


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5.7 Drenagem

Devido aos inmeros efeitos que a gua pode exercer sobre um macio de solo ou derocha (aumento do peso especfico do material, aumento da poro-presso e conseqente

diminuio da presso efetiva, foras de percolao, subpresso, e outros),

extremamente necessrio que se tomem os cuidados recomendados no que diz respeito

drenagem adequada do terreno.

Devem ser instaladas no talude canaletas para recolhimento da gua superficial.

Quanto gua no interior do talude, a mesma poder ser recolhida atravs de drenos. Os

drenos podem ser basicamente de dois tipos: de subsuperfcie, para drenar a gua que se

encontra logo atrs do paramento, e drenos profundos, para que gua do interior do

macio possa escoar para fora do mesmo.

Esquema de drenos subhorizontais e verticais utilizados na coleta da gua subterrnea


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BIBLIOGRAFIA

Landslides Investigation and Mitigation- Special Report 247, Transportation

Research Board, National Research, 1996.

Fundaes Teoria e Prtica , 1a. Edio, Ed. PINI, 1996.

Landslides Analysis and Control - Special Report 176, Transportation Research

Board, National Research, 1978.

Chowdhury, R.N., Slope Analysis, Ed. Elsevier, 1978.

Koerner, R. M., Desingning with Geosynthetics, Third Edition, 1997.

Notas de Aula da Disciplina Estabilidade de Taludes, prof. Tcio Mauro de Campos,

Mestrado em Geotecnia, PUC-Rio, 1994.


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Classificao de movimentos de massa (adaptado de Morgenstern, 1985)


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