AULA 07 - Estabilidade de Taludes [

Estabilidade de Taludes - Prof. JoãoPaulo

07/10/2012

Universidade Federal do Tocantins 1

Universidade Federal do Tocantins

Prof. MSc. João Paulo Souza Silva – [email protected]

Palmas - TO

Estabilidade de TaludesAula 7–Estabilidade de Taludes

Engenharia Civil - UFT.

Tragédia em Niterói – RJ -2010O terreno acidentado ondeestavam as casas arrastadaspela terra que desmoronou jáabrigou um aterro sanitário.

Mais de 100 mortos

TALUDE,ENCOSTA ouBARRANCO?

DEFINIÇÕES

O que são taludes e encostas?

- São superfícies inclinadas de maciços terrosos, rochososou mistos, originados de processos geológicos e antrópicos.

ENCOSTA

• superfície natural inclinada (declive)

TALUDES

• superfície artificial inclinada (declive)

DEFINIÇÕESTALUDE

NATURAIS (Geológicos) ARTIFICIAIS (antrópicos)

•encosta de maciços terrosos,rochosos ou mistos, originadosporagentes naturais

•Materiais – muita variabilidade eheterogêneo, sendo necessáriovárias amostras

• Fluxo de água é de difícildeterminação, precisando serinstrumentado

• Geometria de difícildeterminação

• declives de aterros construídos(solo, rejeitos industriais e demineração)

•Materiais – em alguns casos,homogêneo

• Fluxo, geralmente, pode serdeterminado

• Geometria predefinida.

talude natural inicial

crista do talude

pé do talude

sobrecarga

superfície de ruptura

COMPONENTES


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TALUDES

TALUDE DE CORTE

• resultado de escavação (corte) promovida pelo homem emtalude natural ou em encosta

TALUDES

TALUDE DE ATERRO

• resultado do preenchimento promovida pelo homem emtalude natural ou em encosta

INCLINAÇÃO: ângulo entre o plano médio da encosta e a horizontal,medido a partir da base


crista do talude

pé do talude

sobrecarga


θ

DECLIVIDADE: ângulo de inclinação da encosta expresso emporcentagem, a partir da relação entre o desnívelvertical (H) e o comprimento da encosta na horizontal (L).

DECLIVIDADE (%) =H

L100

INCLINAÇÃO = arctg H

L

AMPLITUDE: desnível vertical da encosta, ou seja, diferença de cotaentre a base e o topo da encosta.

PERFIL: variação da declividade da encosta, ao longo de suaextensão transversal

Retilíneo / Convexo / Côncavo


crista do talude

pé do talude

sobrecarga


MOVIMENTOS GRAVITACIONAIS DE MASSAASSOCIADOS A ENCOSTAS

ESCORREGAMENTOS E PROCESSOS CORRELATOS

DEFINIÇÃO: movimentos gravitacionais de massa, mobilizando osolo, a rocha ou ambos.

TIPOS DE PROCESSOS: escorregamento de solo escorregamentode rocha rastejo ou “creep” queda deblocos desplacamento rochoso rolamentode matacões corridas de terra corridas delama


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Obs: geralmente os critérios são utilizados de modo conjugado

• velocidade, direção e recorrência dos deslocamentos• natureza do material instabilizado (solo, rocha, etc), sua textura,• estrutura e conteúdo de água• geometria das massas movimentadas• modalidade de deformação do movimento

CRITÉRIOS BÁSICOS UTILIZADOS NASCLASSIFICAÇÕES DOS ESCORREGAMENTOS

CLASSIFICAÇÃO DE ESCORREGAMENTOSSEGUNDO VARNES (1978)

COMPLEXOS: Combinação de 2 ou mais dos principais tipos de movimentos

TIPO DE MOVIMENTOTIPO DE MATERIAL

ROCHASOLO (ENGENHARIA)

GROSSEIRO FINO

QUEDAS

TOMBAMENTOS

de Rocha de Detritos de Terra


ESCORREGAMENTOS

ROTACIONAL

TRANS-LACIONAL

poucasunidades

muitasunidades

EXPANSÕES LATERAIS

CORRIDAS/ESCOAMENTOS(*)

Abatimentode Rocha

Abatimentode Detritos

Abatimentode Terra

de BlocosRochosos

de Blocosde Detritos

de Blocosde Terra



de Detritos de Terrade Rocha(rastejo

profundo) (rastejo de solo)

ESCORREGAMENTOS

TIPOS DE PROCESSO, CARACTERÍSTICAS DOMOVIMENTO, MATERIAL E GEOMETRIA

ESCORREGAMENTOS(SLIDES

poucos planos de deslocamento (externos). Velocidades médias (m/h) a altas (m/s). Pequenos a grandes volumes de material. Geometria e materiais variáveis:

PLANARES solos pouco espessos, solos erochas com um plano de fraqueza;CIRCULARES solos espessos homogêneos erochas muito fraturadas;EM CUNHA = solos e rochas com dois planos defraqueza.

escorregamentode solo

área desmatadasuscetível à erosãoe escorregamentos

área com cobertura vegetal

ESCORREGAMENTOS

TIPOS DE PROCESSO, CARACTERÍSTICAS DOMOVIMENTO, MATERIAL E GEOMETRIA

RASTEJO(CREEP)

vários planos de deslocamento (internos). Velocidades muito baixas (cms/ano) a baixas e

decrescentes com a profundidade. Movimentos constantes, sazonais ou intermitentes. solo, depósitos, rocha alterada/fraturada. Geometria indefinida.

ESCORREGAMENTOS

CORRIDAS(FLOWS)

Muitas superfícies de deslocamento (internas e externas àmassa em movimentação)

Movimento semelhante ao de um líquido viscoso. Desenvolvimento ao longo das drenagens. Velocidades médias a altas. Mobilização de solo, rocha, detritos e água. Grandes volumes de material. Extenso raio de alcance, mesmo em áreas planas.


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ESCORREGAMENTOS

TIPOS DE PROCESSO, CARACTERÍSTICAS DO MOVIMENTO,MATERIAL E GEOMETRIA

QUEDAS(FALLS)

Sem planos dedeslocamento. Movimentos. Tipoqueda livre ou em planoinclinado. Velocidades muitoaltas (vários m/s). Material rochoso. Pequenos a médiosvolumes. Geometria variável:lascas, placas, blocos,etc.

ROLAMENTO DEMATACÃO

TOMBAMENTO

solo

rocha sã

descontinuidadesdo maciço

surgências d'água

blocos deslocadosda encosta

blocos instáveis

UnB/ENC/Geotecnia Diniz/2005

FATORES CONDICIONANTES DOSESCORREGAMENTOS

NATURAIS

• características dos solos e das rochas• relevo (declividade, amplitude, perfil)• clima• regime das águas de superfície e de subsuperfície• cobertura vegetal

ANTRÓPICOS

• cortes e aterros inadequados• desmatamento• lançamento e concentração de águas pluviais e/ou servidas• vazamento na rede de água e de esgoto• presença de fossas sépticas• lixo e entulho acumulados nas encostas


AGENTES E CAUSAS DOSESCORREGAMENTOS

AGENTES

CAUSAS

• complexo geológico, complexo morfológico, complexoclimático-hidrológico, gravidade, calor solar, tipo de vegetaçãooriginal

PREDISPONENTES

EFETIVOS

INTERNAS

EXTERNAS

INTERMEDIÁRIAS

PREPARATÓRIOS

IMEDIATOS

• pluviosidade, erosão pela água e vento,congelamento e degelo, variação detemperatura, dissolução química, ação defontes e mananciais, oscilação de nível de lagose marés e do lençol freático, ação de animais ehumana, inclusive deflorestamento

• chuvas intensas, fusão do gelo e neve, erosão,terremotos, ondas, vento, ação do homem, etc.

Efeito das oscilações térmicas Redução dos parâmetros de resistência por intemperismo

Mudanças na geometria do sistema Efeitos de vibrações Mudanças naturais na inclinação das camadas

Elevação do nível piezométrico em massas “homogêneas” Elevação da coluna de água em descontinuidades Rebaixamento rápido do lençol freático Erosão subterrânea retrogressiva (“piping”) Diminuição do efeito de coesão aparente

FATORES DEFLAGRADORES DOSMOVIMENTOS DE MASSA

AÇÃO

AUMENTODA

SOLICITAÇÃO

REDUÇÃODA

RESISTÊNCIA

FATORES

- REMOÇÃO DE MASSA(lateral ou da base)

- SOBRECARGA

- SOLICITAÇÕESDINÂMICAS

- PRESSÕES LATERAIS

- CARACTERÍSTICASINERENTES AO MATERIAL(geometria, estruturas, etc.)

- MUDANÇAS OUFATORES VARIÁVEIS

FENÔMENOSGEOLÓGICOS/ANTRÓPICOS

- erosão, escorregamentos- cortes- peso da água de chuva, neve, granizo, etc.- acúmulo natural de material (depósitos)- peso da vegetação.- construção de estruturas, aterros, etc.

- terremotos, ondas, vulcões, etc.- explosões, tráfego, sismos induzidos

- água em trincas, congelamento, materialexpansivo

- características geomecânicas do material,tensões

- intemperismo redução na coesão,ângulo de atrito

- elevação do N.A

PROPOSTA METODOLÓGICA DE CARACTERIZAÇÃOGEOLÓGICO-GEOTÉCNICA VOLTADA

À ESTABILIZAÇÃO DE ENCOSTAS

SUFICIENTE

INSUFICIENTE

PROJETO DEESTABILIZAÇÃO

PLANEJAMENTO

LEVANTAMENTODE DADOS

INVESTIGAÇÕESSUPERFÍCIE

MODELOFENOMENOLÓGICO

AVALIAÇÃO

INVESTIGAÇÕESDE

SUBSUPERFÍCIE

INSTRUMENTAÇÃO

ENSAIOS

ESTABILIDADE DE TALUDES

INVESTIGAÇÃO GEOLÓGICO-GEOTÉCNICADE SUPERFÍCIE

TIPO

VISTORIAS DE CAMPO

LEVANTAMENTOSTOPOGRÁFICOS

LEVANTAMENTOSFOTOGRAMÉTRICOS

ASPECTOS

- O QUE/ONDE OBSERVARFICHAS DE CADASTRO

- PLANTAS DISPONÍVEIS- LEVANTAMENTOS POR SEÇÕES- LOCAÇÃO DE FEIÇÕES DE INTERESSE

- AÉREOS TRADICIONAIS/ OBLÍQUOS- PADRÕES DIAGNÓSTICOS


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INVESTIGAÇÃO GEOLÓGICO-GEOTÉCNICADE SUPERFÍCIE

TIPO

VISTORIAS DE CAMPO

LEVANTAMENTOSTOPOGRÁFICOS

LEVANTAMENTOSFOTOGRAMÉTRICOS

ASPECTOS

- O QUE/ONDE OBSERVARFICHAS DE CADASTRO

- PLANTAS DISPONÍVEIS- LEVANTAMENTOS POR SEÇÕES- LOCAÇÃO DE FEIÇÕES DE INTERESSE

- AÉREOS TRADICIONAIS/ OBLÍQUOS- PADRÕES DIAGNÓSTICOS

PRINCIPAIS TIPOS DE INTRUMENTOS UTILIZADOSNO ESTADO DE TALUDES E ENCOSTAS


INSTRUMENTOS PARÂMETROS

Deslocamentos e recalques

Cargas

Pressões de terra

Pressões d’água

Vazões d’água

Marcos superficiaisPrismas óticosExtensômetros (haste e fio)FissurômetrosMedidores de recalqueIndicadores de movimentações emprofundidadeInclinômetros

Células de cargas em tirantes

Células de pressão total

Piezômetros (tipo Casagrande, demáxima, hidráulicos e elétricos)Tensiômetros (pressões negativas,de sucção)Medidores de vazão (hidrômetros,vertedouros, recipientes


MÉTODOS DE ANÁLISE DE ESTABILIDADEPARA DIFERENTES TIPOS DE ESCORREGAMENTO

CONDICIONADOPOR

ESTRUTURASRELIQUIARES

TOMBAMENTO/QUEDA DEBLOCOS

TENSÃO - DEFORMAÇÃOEQUILÍBRIO LIMITE

DINÂMICA DOPROCESSO

GEOMETRIA DARUPTURA

MÉTODOS DE ANÁLISE DE ESTABILIDADE

NÃOCONDICIONADO

PORESTRUTURASRELIQUIARES

RUPTURASCIRCULARES

RUPTURASNÃO

CIRCULARES

1 PLANO2 PLANOS

VÁRIOS PLANOS

NOME TIPO

ESPIRAL LOGARÍTMICA TAYLOR FELLENIUS BISHOP SPENCER TRIDIMENSIONAL

EQUILÍBRIOLIMITE

JAMBU MORGESTERN E PRICE

• ELEMENTOS FINITOS,DIFERENÇAS FINITASE MULTIBLOCOS

TENSÃODEFORMAÇÃO

PLANAR BIPLANAR, EM CUNHA MULTIPLANAR

EQUILÍBRIOLIMITE

O QUE É ESTABILIDADE?

Estável x Instável

- Deve-se estabelecer um contexto – Mecânico, químico, etc...

- Deve haver um sistema de referência para se saber o que éestável ou instável, ou seja, um critério.

Equilíbrio mecânico: ΣFh = 0 ΣFv = 0 e ΣM = 0

Equilibrado eEstável

Equilibrado eInstável

Desequilibrado

v

DEFINIÇÃO DO PROBLEMA

Hipótese básica 01 – Um sistema em equilíbrio permanece nesteestado até que haja alguma mudança no sistema que favoreça odesequilíbrio.

Hipótese básica 02 - todo sistema desequilibrado parte de um sistemaequilibrado que, por algum motivo, sai desta condição...

O que pode tirar o sistema do equilíbrio inicial?

Solicitações externas – carregamentos, chuvas, etc...

Equilibrado eEstável

Equilibrado eInstável

F F

CAUSAS USUAIS DE INSTABILIDADE DETALUDES

Mudança no estado de tensões -Aumento do Peso Específico do

Solo por Saturação

chuva

infiltração

Sobrecargas Sobre o Talude

'h

'v

'h

'v


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crista do talude

pé do talude

sobrecarga


Alteração da Geometria do Talude : alteração do estado de tensões eredução da tensão horizontal

'ho'

hf

'

c'

, '

círculo de Mohrinicial

'h

'v

'h

'v


Favorecimento de uma superfície antes impossível



solofra

co

Condicionantes Geológicos

maciço rochoso fraturado


A

Antes:

u < 0 (sucção)A

A

Após chuva e saturação do talude:

u > 0A

equipotencial

ha

u = hA a a

linha de fluxo


cimento água

Redução de sucção ecoesão do solo

Dissolução de AgentesCimentantes

INTEMPERISMO

Bjerrum, 1966

Aumento de Poropressões

Erosão

erosão interna (piping)

Solicitações Sísmicas

a


SINAIS DE INSTABILIDADE

Embarrigamento da Face do Talude

Usualmente de difícil detecção(vegetação, magnitude).

Fonte: Ennio Palmeira – apostila de geot 3

Trincas ou Fissuras na Crista

trincas

Remediação imediata:fechamento das trincas.

Perda de Verticalidade (Prumo) deÁrvores, Postes, etc.

SINAIS DE INSTABILIDADE

Parque Águas Claras - DF


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Água Minando no Talude com Partículas de Solo

carreamento de partículas

Remediação imediata: sistema filtro-drenante.

SINAIS DE INSTABILIDADE MECANISMOS TÍPICOS DE INSTABILIDADE

TombamentoQueda

DeslizamentoFluxo

FATOR DE SEGURANÇA

Fator de segurança é uma folga, ou sobra, que existe entre osistema na sua condição natural e a condição limite de equilíbrio.

O fator de segurança pode ser aplicado sobre o material ou asolicitação.

mobilizadaaResistênci

disponívelaResistênciFS

MATERIAL

Máxima solicitação admissível

Solicitação existenteFS

SOLICITAÇÕES

'h

'v

Sistema equilibradoe instável

1f

mob

FS

Sistema equilibradoe estável

1f

mob

FS

Sistema desequilibrado(RUPTURA)

1f

mob

FS

''' tan)u('ctan'c

O fator de segurança dá uma REFERÊNCIA do sistema em relação auma situação LIMITE.

A representação do fator de segurança por um ÚNICO valor,INDEPENDENTE DO TEMPO, é incorreta, uma vez que esta variável éTRANSIENTE, pois o próprio sistema e as condições internas eexternas do sistema mudam com o tempo.

O sistema tem N Fatores de Segurança para N situações decarregamentos e distribuição de propriedades.

Cada situação tem uma probabilidade de ocorrência.

Então o mais correto é relacionar a cada fator de segurança umaprobabilidade de ocorrência.

FATOR DE SEGURANÇA

TALUDES - Como estabilizar?

FASES DEPROJETO

Diagnóstico

Estudos geológicos egeotécnicos

Solução

Taludes em Solo

Taludes em Rocha

Monitoramento

Instrumentação

Inspeções

Diminuição da Inclinação do Talude

corte corte

berma

Drenagem Superficial

canaletas Talus

ESTABILIZAÇÃO DE TALUDES EM SOLO

''' tan)u('ctan'c


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Drenagem Profunda

drenos profundos

Bermas

berma


Revestimento do Talude

concreto projetado ou

geomembrana

• Evita ou minimiza erosão superficial• Evita infiltração• Aumenta a resistência da superfície do talude (raízes).


aterro

talude decorte

taludeartificial

(IPT, 1991. Manual de ocupação de encostas. Publ. IPT 1831. pg 2)Ilustração: W D CortezR Fonte: Proin/Capes e Unesp/IGCE

INCLINAÇÃO = = arc tg (HL

)

DECLIVIDADE (%) = X 100HL

(IPT, 1991. Manual de ocupação de encostas. Publ. IPT 1831. pg 4)Ilustração: W D CortezR Fonte: Proin/Capes e Unesp/IGCE

desvio e canalização das águas aduzidas naturalmente para a área mobilizada;

drenagem profunda;

reparos e manutenção de redes de água e/ou esgoto.

Ilustração: W D CortezR Fonte: Proin/Capes e Unesp/IGCE

RASTEJO


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corpo detálus

limite derastejo sentido da

movimentação

surgênciasd'água

corte

trinca

impermeabilização da superfície do terreno;

desvio e canalização das águas conduzidas naturalmente para a superfície do corpo de tálus

drenagem profunda.

(IPT, 1991. Manual de ocupação de encostas. Publ. IPT 1831)Ilustração: W D CortezR Fonte: Proin/Capes e Unesp/IGCE

RASTEJO EM TALUS

matacão instável

proteção da área de apoio do matacão, com a execuçãode pequenas obras;

desmonte e remoção do matacão.

(IPT, 1991. Manual de ocupação de encostas. Publ. ipt 1831)Ilustração: W D CortezR Fonte: Proin/Capes e Unesp/IGCE

ROLAMENTO DE MATACÕES

solo

rocha sã

descontinuidadesdo maciço

surgências d'água

blocos deslocadosda encosta

blocos instáveis

remoção manual e individual dos blocos instáveis;

fixação dos blocos instáveis por meio de chumbadores ou tirantes;

execução de obras de pequeno porte para estabilidade da encostarochosa (cintas, grelhas, montantes, etc.).


QUEDA DE BLOCOS

escorregamentode solo

área desmatadasuscetível à erosãoe escorregamentos

área com cobertura vegetal

remoção das bananeiras;

implantação de cobertura vegetal apropriada, associada, quandonecessário, a barreiras vegetais para proteção contra possíveismassas escorregadas.

(IPT, 1991. Manual de ocupação de encostas. Publ. IPT 1831)Ilustração: W D CortezR Fonte: Proin/Capes e Unesp/IGCE

DESMATAMENTO EESCORREGAMENTODE SOLO

(IPT, 1991. Manual de ocupação de encostas. Publ. IPT 1831)

LIXO

deslizamento delixo e solo

acúmulo de lixo

remoção do lixo e definição de locais adequados para suadeposição;

implantação ou melhoria do serviço público de coleta.


ESCORREGAMENTO DE LIXO


solo

alturaexcessiva

rupturainclinaçãoexcessiva

estruturaresidual

solo dealteração

superficial

execução de obras de contenção.

retaludamento;


ALTURA E INCLINAÇÃO EXCESSIVAS


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TALUDE ATIRANTADO


ruptura docorte

chuva

ruptura doaterroSOLUÇÃO

implantação de sistemas adequados de coleta e condução daságuas pluviais, juntamente com o tamponamento das trincas comsolo argiloso compactado e execução de proteção superficial.


ESCORREGAMENTOEMCORTE / ATERRO


caminhos preferenciaisd'água

aterro lançado (fofo)sobre vegetação

ruptura

execução de reaterro, associada a drenagem e proteção vegetal;

drenagem da fundação do aterro.


ATERRO MAL EXECUTADO


zonas saturadas

rupturas

lançamento deágua servida

canaleta subdimensionadae/ou obstruída

chuva

SOLUÇÃO

implantação de rede de coleta e condução das águas servidas,de preferência separada do sistema de drenagem das águaspluviais.


INFILTRAÇÃODE ÁGUA


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ruptura

vazamento em rede deabastecimento d'água

zonas saturadas

trincas

SOLUÇÕES

serviços de manutenção na rede já implantada;

implantação de adequada rede de abastecimento de água


VAZAMENTO E INFILTRAÇÃO DE ÁGUA


zonas de saturação gradualdo solo

surgênciad'água

FOSSA

implantação de rede e de dispositivos para tratamento e disposição de esgotos.


FOSSAS SÉPTICAS

SONDAGEM

A norma brasileira NBR-11682 - Estabilidade de Encostas prevê apenas umúnico caso em que a Sondagem pode ser dispensada. É caso seguinte:

A sondagem não é obrigatória em taludes que atendam simultaneamente asseguintes condições:1 - Talude com altura máxima de 3 metros (H<3 metros);2 - Talude com solo homogêneo;3 - Talude sem nível d'água;4 - Não pode haver casas ou outro tipo de sobrecarga na parte de cima do taludenuma extensão de 5 vezes a altura;5 - Superfície plana e horizontal à Montante (parte de cima) numa extensão de 5vezes a altura;6 - Superfície plana e horizontal à Jusante (parte de baixo).

Em todos os demais casos de Taludes, é obrigatória a realização de sondagens.

Talude em rocha

Eliminação Estabilização Convivência

Estruturas de Contenção

Banquetas

Fragmentação eremoção

ESTABILIZAÇÃO DE TALUDES EM ROCHA

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