Departamento de Engenharia Civil UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO. ESTABILIDADE DE TALUDES E ENCOSTAS Aula 2. Prof: Leonardo Guimarães

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1 Departamento de Engenharia Civil UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO ESTABILIDADE DE TALUDES E ENCOSTAS Aula 2 Prof: Leonardo Guimarães

2 OUTRA CLASSIFICAÇÃO DOS TIPOS DE MOVIMENTOS T IP O D E M A T E R IA L T IP O D E M O V IM E N T O S O L O (E N G E N H A R IA ) R O C H A P R E D O M IN A N T E M E N T E G R O S S O P R E D O M IN A N T E M E N T E F IN O Q U E D A (F A L L ) Q u e d a d e ro c h a Q u e d a d e d e trito s (d e b ris ) Q u e d a d e s o lo T O M B A M E N T O (T O P P L E ) T o m b a m e n to d e ro c h a T o m b a m e n to d e d e trito s (d e b ris ) T o m b a m e n to d e s o lo E S C O R R E G A M E N T O (S L ID E ) E s c o rre g a m e n to e m ro c h a E s c o rre g a m e n to e m d e trito s (d e b ris ) E s c o rre g a m e n to e m s o lo E S P A L H A M E N T O (S P R E A D ) E s p a lh a m e n to d e ro c h a E s p a lh a m e n to d e d e trito s (d e b ris ) E s p a lh a m e n to d e s o lo C O R R ID A /E S C O A M E N T O (F L O W ) C o rrid a d e ro c h a C o rrid a d e d e trito s (d e b ris ) C o rrid a d e la m a Fonte: CRUDEN & VARNES (1996).

3 CARACTERÍSTICAS DOS TIPOS DE MOVIMENTOS QUEDAS: são movimentos tipo queda livre (desde blocos isolados a grandes massas rochosas) que ocorrem em velocidades muito altas. Podem atingir grandes distâncias. Deflagração pode ser associada a processos erosivos: queda de detritos em taludes de rochas sedimentares ou rolamento de matacões de rochas graníticas). TOMBAMENTO: o material desprendido da encosta (solo, detrito ou rocha) rotaciona em torno de um ponto. O tombamento é condicionado pela presença de estruturas geológicas com grande mergulho. Velocidades podem ser de extremamente lentas a extremamente rápidas.

4 CARACTERÍSTICAS DOS TIPOS DE MOVIMENTOS ESCORREGAMENTOS: são movimentos rápidos de duração relativamente curta, de massas de terrenos bem definidas quanto ao seu volume, cujo centro de gravidade se desloca para baixo e para fora do talude. -ESCORREGAMENTOS TRANSLACIONAIS: o movimento é predominantemente acompanhado por uma translação (superfície de ruptura plana. Estes movimentos são condicionados às descontinuidades ou planos de fraqueza existentes. Podem ocorrer em taludes mais abatidos, são mais espessos e atingem centenas ou milhares de metros de extensão. - ESCORREGAMENTOS ROTACIONAIS: o movimento é predominantemente acompanhado por uma rotação. Estes movimentos possuem superfícies de deslizamentos curvas. Ocorrem em material mais ou menos homogêneos e coesivos e em taludes mais íngremes. Possuem extensão limitada.

5 CARACTERÍSTICAS DOS TIPOS DE MOVIMENTOS ESCOAMENTOS: são representados por deformações ou movimentos contínuos, estando ou não definida a superfície de ruptura. - RASTEJOS OU CREEP: são movimentos que ocorrem a velocidades muito baixas. Podem ser constantes, sazonais ou intermitentes. - CORRIDAS: são formas rápidas de escoamento de caráter essencialmente hidrodinâmico, provocado pela perda de resistência em virtude da presença de excesso de água.

6 PROCESSOS CARACTERÍSTICAS DO MOVIMENTO MATERIAL / GEOMETRIA QUEDAS (FALLS) ESCORREGAMENTOS (SLIDES) - sem planos de deslocamento - queda livre ou rolamento através de plano inclinado - velocidades muito altas (vários m/s) - material rochoso - pequenos e médios volumes - geometria variável : lascas, placas, blocos, etc. - Rolamento de matacão e tombamento - 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 e rochas com um plano de fraqueza; circulares: solos espessos homogêneos e rochas muito fraturadas; em cunha : solos e rochas com dois planos de fraqueza FONTE: AUGUSTO FILHO (1994).

7 PROCESSOS CARACTERÍSTICAS DO MOVIMENTO MATERIAL / GEOMETRIA RASTEJOS (CREEP) - vários planos de deslocamento (internos) - velocidades muito baixas (cm/ano) a baixas e decrescentes com a profundidade - movimentos constantes, sazonais ou intermitentes - solo, depósitos, rocha alteradas/fraturadas - geometria indefinida - CORRIDAS (FLOWS) - muitas superfícies de deslocamento (internas e externas à massa em movimentação) - movimento semelhante ao de um líquido viscoso desenvolvimento ao longo das drenagens - velocidades médias a altas - mobilização de solo, rochas, detritos e água - grandes volumes de material - extenso raio de alcance, mesmo em áreas planas FONTE: AUGUSTO FILHO (1994).

8 MOVIMENTO DE MASSA - CAUSAS

9 Causas do Movimento de Massa

10 Causas do Movimento de Massa Influência da Água: A água pode atuar como agente de instabilização e o seu papel pode ser atribuído a: Redução da sucção e consequentemente de tensões efetivas; Aumento do peso da massa de solo; Atuando como agente de erosão do solo; Atuando como agente no processo de intemperismo, promovendo alterações dos minerais. Influência da Vegetação: A vegetação pode influenciar na estabilidade de encostas de maneira favorável ou desfavorável. Entretanto é um consenso que o desmatamento promove condições mais desfavoráveis. Favorável: a cobertura vegetal protege o solo de efeitos climáticos e contra erosão; Desfavorável: aumento do peso sobre o talude

11 Importância da Água - Peso específico solo: Aumenta forças gravitacionais desestabilizantes: porosidade Solo de Volume Vazios de Volume saturação de grau Vazios de Volume Água de Volume n S n n S n n S n g w s SAT s DRY w s NAT ) (1 : 1) ( saturado Solo ) (1 : 0) (S seco Solo ) (1 : 1) S (0 natural Solo solo do específico peso 3 3 kn/m,0 10 : água da específico peso (quartzo) kn/m,5 26 : sólidos dos específico peso w s DRY NAT SAT

12 Importância da Água - Peso específico solo: Chuva intensa: NAT SAT Solo Natural (não-saturado) Solo Saturado SAT NAT g 0 S 1 S 1 NAT SAT EX: Solo em talude com porosidade de n=0,4 no estado natural tinha S=0,3. Choveu torrencialmente a ponto de saturar todo talude: S=1,0. Em quanto aumentou seu peso? Solo Solo natural saturado (S ( S 0,3) : 1) : 3 26,5 (1 0,4 ) 10,0 0,3 0,4 17,1 kn/m NAT 3 3 SAT 26,5 (1 0,4 ) 10 0,4 19,9 kn/m 3 17 kn/m 20 kn/m Suficiente para instabilizar o talude?

13 Importância da Água - Resistência ao Cisalhamento: Diminui resistência do solo natural não-saturado: sucção vai a zero Sucção: pressão negativa de água quando o solo está não saturado causa mudanças de volume (expansão e/ou colapso) confere ao solo não saturado maiores rigidez e resistência aumento da coesão e ângulo de atrito

14 Importância da Água - Resistência ao Cisalhamento: Forças capilares: σ Menisco de água entre dois grãos sólidos Há uma tensão superficial entre dois fluidos a diferentes pressões. p water p oil Esta tensão superficial é a principal causadora do efeito da capilaridade no comportamento do solo. Forças devido a capilaridade σ

15 Importância da Água Amarelo: forças devido a ações mecânicas Forças devido a capilaridade associated with capillary phenomena Resultante das forças devido a capilaridade: as forças de contato entre partículas aumentam a resistência e rigidez do solo

16 Importância da Água Amarelo: forças devido a ações mecânicas Quando molha-se o solo, aumenta-se o grau de saturação (S) implicando num menor raio do menisco capilar e assim numa menor sução (pressão capilar) Forças devido a capilaridade r r Resultante das forças devido a capilaridade: as forças de contato entre partículas aumentam a resistência e rigidez do solo Solo Saturado: ausência de pressão capilar (sucção)!!

17 Importância da Água Amarelo: forças devido a ações mecânicas Forças devido a capilaridade Resultante das forças devido a capilaridade: as forças de contato entre partículas aumentam a resistência e rigidez do solo

18 Conclusão sobre a importância da Água - Peso específico solo: Aumenta forças gravitacionais desestabilizantes: - Resistência ao Cisalhamento: Diminui resistência do solo natural Conclusão: na análise de estabilidade de taludes, normalmente se considera a condição menos favorável a segurança: SOLO SATURADO

19 FS = t resistente t atuante FATORES DE CAUSA PRINCIPAIS DOS MOVIMENTOS DE MASSA (VARNES, 1978) AÇÃO FATORES FENÔMENOS GEOLÓGICOS / ANTRÓPICOS AUMENTO DA SOLICITAÇÃO REDUÇÃO DA RESISTÊNCIA REMOÇÃO DE MASSA SOBRECARGA SOLICITAÇÕES DINÂMICAS PRESSÕES LATERAIS CARACTERÍSTIC AS DO MATERIAL MUDANÇAS OU FATORES VARIÁVEIS - erosão, escorregamento; - cortes - peso da água de chuva, granizo, etc; - acúmulo natural de material (depósitos) - peso da vegetação - construção de estruturas, aterros, etc - terremotos, ondas, vulcões, etc - explosões, tráfegos, sismos induzidos - água em trincas, material expansivo - características geomecânicas do material, tensões - intemperismo - elevação do N.A. - aumento da umidade / grau de saturação - liquefação das areias

20 FATORES DE CAUSAS DE DESLIZAMENTOS

21 FATORES DE CAUSAS DE DESLIZAMENTOS 1. GEOLÓGICAS: -perfil geotécnico / materiais problemáticos: sensitivo, colapsível, plástico / mole; -Materiais intemperizados; materiais com cisalhamento; - orientação desfavorável da descontinuidade de massa (clivagem, acamamentos, xistosidades, falhas, contatos sedimentares); - contraste na permeabilidade e seus efeitos na poropressão; - contraste na rigidez (material denso sobre material plástico); - material de preenchimento de juntas alteradas (fissuras).

22 FATORES DE CAUSAS DE DESLIZAMENTOS 2. GEOMORFOLÓGICO: - geometria, declividade e forma da encosta / relevo; - atividades geológicas: terremotos, vulcanismo, etc.; - depósito de carregamento no topo do talude; - remoção da vegetação (por erosão, queimadas, secas); - erosão fluvial no pé do talude / erosão na face do talude; - erosão subterrânea ( pipping ).

23 FATORES DE CAUSAS DE DESLIZAMENTOS 3. FÍSICOS: - chuvas intensas; - chuvas excepicionais de longa duração; - rebaixamento rápido (de enchente e reservatórios); - terremotos; - contração e expansão de solos expansivos.

24 FATORES DE CAUSAS DE DESLIZAMENTOS 4. ANTRÓPICOS (HUMANOS): - escavação do talude ou do pé do talude; - carregamento do talude ou do topo; - sistema deficiente de manutenção de drenagem; - remoção vegetal; - vibração artificial (incluindo tráfego, máquinas pesadas); -Irrigação; - uso e ocupação desordenado (cortes; retirada da vegetação; água servida, etc.) - vazamento de águas em tubulações de sistemas (abastecimento de água e esgoto).

25 INFLUÊNCIA DA COBERTURA VEGETAL NA ESTABILIDADE DE ENCOSTAS Sobrecarga vertical - causada pelo peso das árvores. EFEITOS FAVORÁVEIS: Redistribuição da água proveniente das chuvas (impedimento do impacto direto da chuva na superfície do solo); Acréscimo de resistência do solo devido às raízes. EFEITOS DESFAVORÁVEIS: Efeito alavanca - força cisalhante transferida pelos troncos das árvores ao terreno, quando da ação do vento; Efeito cunha - pressão lateral causada pelas raízes ao penetrar em fendas, fissuras do solo ou rocha;

26 INFLUÊNCIA DA CHUVA NA ESTABILIDADE DE ENCOSTAS As chuvas atuam como o principal agente nãoantrópico na deflagração de escorregamentos no Brasil; As chuvas relacionam-se diretamente com a dinâmica das águas de superfície e subsuperfície; Os índices pluviométricos críticos para a deflagração dos escorregamentos variam com o regime de infiltração no terreno, a dinâmica das águas subterrâneas no maciço e o tipo de instabilização.

27 CICLO HIDROLÓGICO Figura 15 Movimento e mudanças de estado da água no ciclo hidrológico: E v = evaporação (oceanos, rios, lagos e durante a precipitação); ET = evapotranspiração (solos e plantas); C d = condensação do vapor e formação de nuvens; P = precipitação; I t = intercepção pela vegetação; I = infiltração; ES p = escoamento superficial; ES s = escoamento subsuperficial ou subterrâneo; NF = nível freático.

28 INFLUÊNCIA DA ÁGUA DE SUBSUPERFÍCIE NA ESTABILIDADE DE ENCOSTAS Principais mecanismos de atuação das águas de subsuperfície no desencadeamento de escorregamentos: Aumento da umidade / aumento do grau de saturação / redução da coesão aparente; Variação do nível piezométrico em massas homogêneas - reduzindo as tensões efetivas/ resistência; Elevação da coluna d água em descontinuidades; Erosão subterrânea retrogressiva ( piping ).

29 ETAPAS DO ESTUDO DO COMPORTAMENTO DE UM TALUDE (SKEMPTON E HUTCHINSON, 1969) 1. Identificação e classificação dos vários tipos de movimentos de massas que podem ocorrer nos taludes. 2. Classificação, descrição e quantificação das propriedades dos materiais que compõe o talude. 3. Análise da estabilidade do talude. 4. Monitoramento do comportamento do talude.

30 INDICADORES DE DESLIZAMENTO Fendas no solo; Batentes no solo; Estalos e fissuras nas paredes; Surgências de água; Árvores e postes inclinados; Embarrigamento no pé do talude.

31 MOVIMENTO DE MASSA - ESTÁGIOS

32 ESTÁGIOS DOS MOVIMENTOS DE MASSA ESTÁGIO DE PRÉ-RUPTURA: inclui-se todo o processo de deformação conduzindo à ruptura. A massa de solo está essencialmente pré-consolidada, intacta e contínua. Esse processo é determinado a relativamente pequenas razões de deslocamento (ruptura progressiva e creep). ESTÁGIO DA PRIMEIRA RUPTURA: é caracterizado pela formação de uma zona ou superfície de cisalhamento contínua na massa de solo. Neste estágio, as forças resistentes tornam-se iguais às forças cisalhantes.

33 ESTÁGIOS DOS MOVIMENTOS DE MASSA ESTÁGIO DE PÓS-RUPTURA: descreve o movimento da massa de solo envolvida no deslizamento depois da ruptura. Este estágio é geralmente caracterizado por um aumento na razão de deslocamento logo após a ruptura; seguido por um progressivo decréscimo na massa de solo mobilizada.

34 ESTÁGIOS DOS MOVIMENTOS DE MASSA Diferentes estágios dos movimentos de massa (LEROUEIL et al., 1996)

35 DESCRIÇÃO DO MOVIMENTO VELOCIDADE DOS MOVIMENTOS DE MASSA Fonte: VARNES (1978) e WP/WLI (1994).

36 EXEMPLOS DE VELOCIDADE DE DESLIZAMENTOS E DANOS Fonte: CRUDEN & VARNES (1996).

37 MÉTODOS DE ESTABILIZAÇÃO

38 Métodos de Estabilização Adaptar a geometria Projetar a drenagem Revestir Injetar materiais Proteger com bermas Projetar estruturas de contenções Consolidar o solo de fundação

39 Métodos de Estabilização Adaptar a geometria Projetar a drenagem Revestir Injetar materiais Proteger com bermas Projetar estruturas de contenções Consolidar o solo de fundação

40 Métodos de Estabilização Adaptar a geometria Projetar a drenagem Revestir Injetar materiais Proteger com bermas Projetar estruturas de contenções Consolidar o solo de fundação

41 Métodos de Estabilização Adaptar a geometria Projetar a drenagem Revestir Injetar materiais Proteger com bermas Projetar estruturas de contenções Consolidar o solo de fundação Injeções de cimento são particularmente recomendadas em casos de maciços rochosos fissurados Deve-se proteger o talude das trincas de tração

42 Métodos de Estabilização Adaptar a geometria Projetar a drenagem Revestir Injetar materiais Proteger com bermas Projetar estruturas de contenções Consolidar o solo de fundação Berma

43 Métodos de Estabilização Adaptar a geometria Projetar a drenagem Revestir Injetar materiais Proteger com bermas Projetar estruturas de contenções Consolidar o solo de fundação Muros de arrimo Cortinas ancoradas e atirantada Solo grampeado (reforço)

44 Métodos de Estabilização Adaptar a geometria Projetar a drenagem Revestir Injetar materiais Proteger com bermas Projetar estruturas de contenções Adensar o solo de fundação Sempre que a fundação for constituída por solos compressíveis, hás que se cuidar da progressiva mobilização de sua resistência ao cisalhamento Em alguns casos até acelerando o processo de consolidação por meio de drenos verticais de areia