15º Congresso Brasileiro de Geologia de Engenharia e Ambiental

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1 15º Congresso Brasileiro de Geologia de Engenharia e Ambiental AVALIAÇÃO DA ESTABILIDADE DE UMA FALÉSIA LOCALIZADA NO LITORAL ORIENTAL DO RIO GRANDE DO NORTE USANDO MÉTODOS DE EQUILIBRIO LIMITE Didoney Fernandes Vilhete 1 ; Olavo Francisco dos Santos Junior 2 ; Ricardo Nascimento Flores Severo 3 ; Osvaldo de Freitas Neto 4 ; Leonardo Flamarion Marques Chaves 5 Resumo - A avaliação da estabilidade de taludes se faz necessária em vários projetos de engenharia, tais como obras de terraplenagem, estradas, canais, dentre outros. A análise da estabilidade de taludes normalmente é feita baseada em métodos de equilíbrio limite. Este trabalho apresenta a análise de estabilidade em uma falésia localizada no litoral oriental do estado do Rio Grande do Norte e compara os fatores de segurança obtidos. No desenvolvimento do trabalho foram utilizados cinco métodos de equilíbrio limite. Foram considerados os métodos de Fellenius, de Bishop, de Janbu, de Spencer e de Morgenstern e Price. No estudo foi utilizado o software GEO5 v18 Slope Stability desenvolvido pela Fine Civil Engineering Software. Os resultados mostraram que o método mais conservador foi o de Fellenius. Os demais métodos apresentaram resultados semelhantes para cada caso de taludes não homogêneos estudados. Por fim concluiu-se pelos estudos de estabilidades realizados, que a falésia apresenta-se estável na condição não saturada e com estabilidade precária na condição saturada. Abstract - The evaluation of slope stability is necessary in many engineering projects such as earthworks, roads, canals, among others. The analysis of slope stability is usually made based on the Limit Equilibrium Methods. This work presents the analysis of slope stability in a cliff located in the east coast of the Brazilian state of Rio Grande do Norte and it compares the safety factors obtained from this analysis. It makes use of five limit equilibrium methods which are denominated as Fellenius method, Bishop s method, Janbu s method, Spencer s method and Morgenstern and Price s method. The software used in this work was the GEO5 v18 Slope Stability, developed by Fine-Civil Engineering Software. The main result of this research shows that the most conservative method was the Fellenius method. The other methods showed similar results for each studied case of non - homogeneous slopes. It was concluded that the cliff presents stable in the unsaturated condition and poorly stable in the saturated condition. Palavras-chave - Estabilidade de Taludes. Métodos de Equilíbrio Limite. Fator de Segurança. GEO5 Slope Stability. 1 Eng., Universidade Federal do Rio Grande do Norte, (84) , didofox_7@hotmail.com 2 Eng., D.Sc, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, (84) , olavo@ct.ufrn.br 3 Eng., D.Sc, Instituto Federal de Educação Ciência e Tecnologia do RN, (84) , ricardo.severo@ifrn.edu.br 4 Eng., D.Sc, Universidade Federal de Sergipe, (79) , osvaldocivil@yahoo.com.br 5 Eng., D.Sc, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, (84) , flamarionchaves@gmail.com 15º Congresso Brasileiro de Geologia de Engenharia e Ambiental 1

2 1 - INTRODUÇÃO A necessidade de criar novas infraestruturas e de ocupar espaços vazios, nem sempre adequados ao uso, devido ao aumento populacional e a alta exigência da sociedade moderna, tem desencadeado uma série de estudos sobre a estabilidade de taludes. A questão da segurança envolvendo taludes representa um dos grandes conflitos para a sociedade neste século, tendo em vista as crescentes mudanças naturais e antrópicas. No Brasil, várias regiões, principalmente as costeiras, estão sofrendo modificações e processos erosivos. Neste contexto, torna-se necessário, estudos regionais e locais para uma melhor avaliação desses fenômenos. A análise de estabilidade de taludes normalmente é feita baseada em métodos de equilíbrio limite. O objetivo deste trabalho foi analisar a estabilidade em uma falésia localizada no litoral oriental do estado do Rio Grande do Norte e comparar os fatores de segurança obtidos. No desenvolvimento do trabalho foram utilizados cinco métodos de equilíbrio limite por meio do software GEO5 v18 Slope Stability desenvolvido pela fine Civil Engineering Software. 2 - DESCRIÇÃO DO CASO ESTUDADO As falésias estudadas estão localizadas na Baía dos Golfinhos, na zona costeira do município de Tibau do Sul - RN, no litoral oriental do estado do Rio Grande do Norte. A figura 1 permite uma melhor visualização dos perfis dos taludes estudados, onde os mesmos (em vermelho) estão organizados sequencialmente de forma relativamente paralela entre si. Esses perfis possuem inclinação média de aproximadamente 45º e altura entre 30 e 41 metros. Figura 1. Seções de traçado dos perfis topográficos na área estudada 3 - METODOLOGIA A pesquisa foi desenvolvida seguindo duas vertentes: i) Obtenção dos parâmetros de resistência dos solos por meio dos dados de pesquisas similares já realizadas anteriormente na região; ii) Análises de estabilidade dos taludes com a utilização do software GEO5 v18 Slope Stability. 15º Congresso Brasileiro de Geologia de Engenharia e Ambiental 2

3 3.1 - Parâmetros de resistência dos solos Os parâmetros de resistência utilizados nas análises de estabilidade das falésias (ângulo de atrito e coesão) foram estimados com base nos trabalhos de Santos Jr et al. (2008), Severo et al. (2012) e Vilhete (2014). Na estimativa dos parâmetros utilizaram-se ainda os valores de N SPT obtidos nas sondagens de simples reconhecimento realizadas. Para tanto, foram usadas as correlações apresentadas por Schnaid (2000) Análise da estabilidade Para a análise da estabilidade dos taludes foi utilizado o software GEO5 v18 Módulo Slope Stability desenvolvido pela fine Civil Engineering Software. O software determina o fator de segurança crítico e a superfície potencial de ruptura para cada perfil analisado. Este módulo do programa é utilizado para a análise de estabilidade de taludes baseada em métodos de equilíbrio limite. O módulo Slope Stability do programa disponibiliza cinco métodos de análise: Fellenius, Bishop, Janbu, Spencer e Morgenstern e Price, sendo que em todos eles são aplicadas superfícies de escorregamento circulares ou poligonais. O software analisa a estabilidade de taludes de solos homogêneos ou não homogêneos distribuídos geralmente em camadas. É usado principalmente para estabilidade de encostas, controle de aterros, cortes de terra e estruturas de contenção. Foram definidos sete perfis de taludes não homogêneos posicionados conforme apresentado na figura 1, e analisados com os respetivos tipos de solo em duas condições: uma desfavorável, com os solos saturados, e a outra favorável, em que a linha freática está abaixo da base da falésia, ou seja, encontra-se não saturada. 4 - APRESENTAÇÃO E DISCUSSÃO DOS RESULTADOS Os sete perfis foram analisados primeiramente considerando os solos na condição saturada e obteve-se a superfície de ruptura crítica sob essa condição. Posteriormente, foram realizadas análises aplicando parâmetros de resistência de solos não saturados, ou seja, considerou-se valores de coesões mais elevados obtidos em ensaios de cisalhamento direto realizados na condição de umidade natural. E assim foi possível observar o aumento da estabilidade nos respetivos perfis quando o solo encontra-se na condição não saturada. Nos perfis onde aparecem edificações no empreendimento adotou-se uma carga distribuída de 4,0 toneladas/m 2, carga esta superior àquela existente no local. Foram utilizados cinco métodos de análise de estabilidade, e são apresentados os fatores de segurança críticos obtidos para cada perfil nas duas condições. Os parâmetros de resistência adotados para cada perfil, nas condições saturado e não saturado, e para cada camada de solo estão apresentados nas Tabelas 1 a 8. As superfícies potenciais de ruptura obtidas para cada uma das análises estão apresentadas nas Figuras 2 a 5, com os respetivos valores do fator de segurança crítico (FS). Nas figuras, são apresentadas em vermelho as superfícies críticas de cada perfil, ou seja, o menor fator de segurança. Tabela 1. Perfil 1 - solo saturado AFPC 16,0 3 30º AFMC 17,0 5 33º AFA 18, º APAMC 20, º 15º Congresso Brasileiro de Geologia de Engenharia e Ambiental 3

4 Tabela 2. Perfil 1 - solo não saturado AFPC 16, º AFMC 17, º AFA 18, º APAMC 20, º AFPC: Areia Fina Pouco Compacta; AFMC: Areia Fina Muito Compacta; AFA: Areia Fina Argilosa; APAMC: Areia Pouco Argilosa Muito Compacta. Figura 2. Perfil 1 - solo saturado e não saturado Tabela 3. Perfis 2 e 3 - solo saturado AFMS 16,0 3 30º APAC 18,0 8 35º AFPA 18, º AAF 19, º AA 20, º 15º Congresso Brasileiro de Geologia de Engenharia e Ambiental 4

5 Tabela 4. Perfis 2 e 3 - solo não saturado AFMS 16, º APAC 18, º AFPA 18, º AAF 19, º AA 20, º AFMS: Areia Fina e Média Siltosa; APAC: Areia Pouco Argilosa Compacta; AFPA: Areia Fina Pouco Argilosa; AAF: Argila com Areia Fina; AA: Areia Argilosa. Figura 3. Perfis 2 e 3 - solo saturado e não saturado Tabela 5. Perfis 4 e 5 - solo saturado AFF 16,0 3 30º AFPAC 18, º AFPAC 18, º AFAMC 19, º AA 20, º 15º Congresso Brasileiro de Geologia de Engenharia e Ambiental 5

6 Tabela 6. Perfis 4 e 5 - solo não saturado AFF 16, º AFPAC 18, º AFPAC 18, º AFAMC 19, º AA 20, º AFF: Areia Fina Fofa; AFPAC: Areia Fina Pouco Argilosa Compacta; AFAMC: Areia Fina Argilosa Medianamente Compacta; AA: Areia Argilosa. Figura 4. Perfis 4 e 5- solo saturado e não saturado Tabela 7. Perfis 6 e 7 - solo saturado AFPC 16,0 5 30º AFSC 17, º AFPAC 18, º AFPAC 19, º AA 20, º 15º Congresso Brasileiro de Geologia de Engenharia e Ambiental 6

7 Tabela 8. Perfis 6 e 7 - solo não saturado AFPC 16, º AFSC 17, º AFPAC 18, º AFPAC 19, º AA 20, º AFPC: Areia Fina Pouco Compacta; AFSC: Areia Fina Siltosa Compacta; AFPAC: Areia Fina Pouco Argilosa Compacta; AA: Areia Argilosa. Figura 5. Perfis 6 e 7 - solo saturado e não saturado A análise das figuras 2 a 5 mostra que os taludes obtiveram valores distintos de fator de segurança para os métodos de equilíbrio limite testados. Apresentam-se estáveis na condição não saturada com valores variando entre 1,24 e 1,77. Na situação de solos saturados os valores do fator de segurança obtidos variam entre 1,00 e 1,21. É possível observar nas figuras 2 a 5 que o método de Bishop foi o menos conservador, o qual apresentou, dentre os fatores de segurança, os maiores valores de FS. Desta forma, a tabela 9 apresenta os resultados das análises de estabilidade para cada perfil, de acordo com o método de Bishop. Para alguns dos perfis, embora a inclinação e as camadas de solos que formam os taludes sejam praticamente iguais, verifica-se que a variação de parâmetros como a altura do talude, e o ponto de aplicação e a extensão da carga, provoca uma diminuição no valor do fator de 15º Congresso Brasileiro de Geologia de Engenharia e Ambiental 7

8 segurança. Os baixos valores do fator de segurança crítico devem-se ao fato dos taludes serem demasiados altos, com alturas superiores a trinta metros. Tabela 9. Fatores de segurança obtidos pelo método de Bishop Perfil FS - Solos FS - Solos Não Saturados Saturados Perfi 1 1,21 1,77 Perfi 2 1,13 1,36 Perfi 3 1,07 1,30 Perfi 4 1,10 1,40 Perfi 5 1,11 1,46 Perfi 6 1,12 1,41 Perfi 7 1,20 1, CONCLUSÕES Com a ajuda da ferramenta computacional GEO5 da Geofine foi possível elaborar análises por cinco métodos baseados no equilibrio limite e obter valores de fatores de segurança para cada um dos perfis analisados. Os resultados mostraram para os perfis estudados que o método mais conservador foi o de Fellenius por resultar em baixos valores de fator de segurança. O método menos conservador foi o método de Bishop uma vez que em todos os perfis estudados este foi o método que resultou em maiores valores de fator de segurança. Os valores dos fatores de segurança obtidos na análise do método de Bishop foram todos inferiores ao critério de aceitação imposto pelo software que é 1,5 com a exceção do perfil 1 e o perfil 7 na condição de não saturação. Contudo, a maior parte dos valores obtidos é considerado aceitável, visto que os perfis estão localizados numa região que se enquadra num nível de risco baixo para perdas humanas e para perdas materiais, onde pela NBR (ABNT, 2009) podese adotar como aceitável um FS de 1,3. A partir do estudo de estabilidade realizado com os métodos de Fellenius, Bishop, Janbu, Spencer e Morgenstern e Price concluiu-se que a variação de 1,24 a 1,77 para os fatores de segurança na condição de solos não saturados e de 1,07 a 1,21 na condição de solos saturados indica que a falésia apresenta-se estável na condição não saturada e marginalmente estável na com o aumento do grau de saturação. Em função disso recomendou-se o monitoramento da área com vistas a avaliar melhor a variação do grau de saturação no campo e avaliar melhor o seu efeito na resistência ao cisalhamento do solo e consequentemente na estabilidade das falésias. REFERÊNCIAS ABNT (2009). Associação Brasileira de Normas Técnicas. Estabilidade de encostas. NBR Santos Júnior, O. F.; Severo, R. N. F.; Scudelari, A. C.; Amaral, R. F. Do (2008). Processos de Instabilização em Falésias: Estudo de um Caso no Nordeste do Brasil. Geotecnia (Lisboa), v. 114, p Schnaid, F. (2000). Ensaios de Campo e Suas Aplicações à Engenharia de Fundações. Oficina de Textos, São Paulo. Severo, R. N. F.; Coutinho, R. Q.; Santos Junior, O. F. (2012). Estudo do Comportamento de uma areia argilosa da Formação Barreiras Naturalmente Cimentada. In: COBRAMSEG 2012, XVI Congresso Brasileiro de Mecânica dos Solos e Engenharia Geotécnica. Porto de Galinhas. Vilhete, D. F. (2014). Análise Comparativa de Métodos de Análise de Estabilidade de Taludes. Universidade Federal do Rio Grande do Norte. 58p. Trabalho de Conclusão de Curso: Engenharia Civil. 15º Congresso Brasileiro de Geologia de Engenharia e Ambiental 8