PEF 3409 GEOTECNIA E RECUPERAÇÃO AMBIENTAL ESTABILIDADE DE TALUDES MARIA EUGENIA GIMENEZ BOSCOV
Referências: aulas do Prof. Dr. Waldemar Hachich para a disciplina PEF2403 Obras de Terra Livro Obras de Terra do Prof. Dr. Faiçal Massad, editora Oficina de Textos aula de livre-docência (prova didática do concurso de livre docência) Encostas naturais de colinas e montanhas na região sudeste do Brasil. Caracterização geológica-geotécnica e mecanismos de instabilização da Profa. Dra. Maria Eugenia Gimenez Boscov
Problemas geotécnicos (Terzaghi, 1943) Elasticidade: modelo elástico linear (E, ) Estabilidade: modelo rígido plástico (c, ) Água (e seu fluxo) Permanente: Laplace Transiente: Fluxo saturado não saturado Adensamento Elasticidade: compressibilidade (C c, C r, C v ) Estabilidade: resistência não drenada (s u )
Problemas de estabilidade Estabilidade de taludes Capacidade de carga de fundações Empuxo sobre muros de arrimo
Problemas de estabilidade Teoria da plasticidade Equilíbrio limite Modos de ruptura Superfícies de escorregamento (observação) Solicitações Tensões na superfície de escorregamento Resistência Modelo de resistência
http://youtu.be/sqo_svlssba http://www.youtube.com/watch?v=appkd49mkn A http://www.youtube.com/watch?v=ny94agwox Pw http://www.youtube.com/watch?v=3q-qfnlep4a
A W N W Para mover ocorpo : A N A W
Wsen W Wcos T Wsen N W cos Se T N, haverá movimento Wsen W cos sen cos tg
Wsen W Wcos T Wsen N W cos N W cos F T Wsen tg tg
Wsen A W Wcos T A Wsen N W cos N F T
Talude genérico solo solo solo rocha
Equilíbrio limite Equilíbrio estático Limite: iminência de ruptura s / F s c' ' tg' F s / s s s u c tg Pesquisa da superfície crítica (minimização de F)
Talude íngreme (60º) e seco Equilíbrio: W T N 0 T N W Limite: T T T T sl / F ( c ' tg' )L / c' L N' tg' F F c' L N' tg d ' d F = inclinação da superfície de ruptura (plana) c =inclinação da superfície crítica
Cd H 1 2 sen( )sen( sen cos d d ) c 2 d na Cd H F( superfície c ) c H crítica 1 cos( 4sen cos d d ) : 4sen cos 1 cos( d d ) Solução analítica de Culmann
Talude infinito b l W Q D z Q E T N
b l W T N Q E Q D cos H sen ' tg H cos c' F sen H b ' tg H cos b l c' F T ' N tg l c' T l ' tg ' c' T l s F F l s T H cos b W cos N sen H b W sen T Q Q 2 D E bh W l b cos H
b l Q D z W Q E N T U Q T W sen b H N W cos b s l T F s l c' ' tg' l F T T c' l ( N U ) tg' F T F E Q D 2 sen H cos c' ( H cos u ) tg' H sen cos
F z 2 c 1 sen2 z u 2 cos tg' tg z H Fator de segurança depende de z Posição da superfície crítica: F z 0 z z máx H
F 2NE sen2 1 B 2 cos tg' tg N E c' H Número de estabilidade de Taylor (1948) B u H Parâmetro de pressão neutra
Talude genérico Anteriormente pressupôs-se homogeneidade Escorregamento rotacional Equilíbrio dos momentos Qual o valor de N na superfície de escorregamento? Diferença entre métodos: como se calcula N Lamelas para determinar N e também para levar em conta a heterogeneidade do material Problema hiperestático (hipóteses simplificadoras)
Ábacos de Taylor (1948) e Hoek (1974) F em função de N E, B,,
Talude genérico O W s d d r ' tg ' c' s W d r s F r F s W d F s s r s r arco ) ( s M W d M M M 0 M 2 2 d 2 d d resistente solicitante resistente solicitante
Talude genérico O W 1 s d d 1 r ' tg ' c' s d W d W r s F r F s d W d W F s s r s r arco s M d W d W M M M 0 M 2 2 1 1 2 2 2 2 1 1 d 2 d d resistente 2 2 1 1 solicitante resistente solicitante W 2 d 2
Talude genérico X i E i E i+1 W X i+1 U T N
Equilíbrio de momentos no círculo crítico O W R T T W sen R T W R sen W sen ' N tg c' W sen s F F s W sen l l l
Hipóteses simplificadoras Todos os métodos fazem equilíbrio de forças em cada lamela para estimar a força normal na base Todos os métodos fazem hipóteses simplificadoras sobre as forças laterais nas lamelas Todos os métodos fazem equilíbrio de momentos
Método de Fellenius A resultante da forças nas laterais na lamela é paralela à base da lamela. Só é necessária uma equação de equilíbrio de forças (eixo perpendicular à base da lamela) N N U Wcos Wcos U Wcos u l Equilíbrio de momentos no círculo de ruptura F c' l W cos u l W sen tg'
Método de Bishop A resultante da forças nas laterais na lamela é horizontal. N N U cos T sen c' x tg W u x - F tg' sen cos F Equilíbrio de momentos no círculo de ruptura W u x c' x tg / F c' l cos tg' sen / F F W sen W
Problemas de estabilidade Equações de equilíbrio do bloco delimitado pela superfície de escorregamento (V=0, H=0, M=0 ) Escolha de uma superfície de escorregamento (forma e dimensões) Determinação do fator de segurança da superfície de escorregamento escolhida Pesquisa da superfície crítica: cálculo do fator de segurança para outras superfícies (mesma forma mas dimensões diferentes) Determinação da superfície crítica (menor fator de segurança)
Tipos de maciço Processo -------------------------------------------------------------------------------- Natural Escorregamentos Paralelo ao talude Rotacional Em cunha Quedas Rolamentos Rastejos Corridas De argilas sensíveis De massas -------------------------------------------------------------------------------- Artificial Escorregamentos em aterros, aterros sanitários e depósitos artificiais de encosta --------------------------------------------------------------------------------- Natural ou Artificial Erosão laminar, em ravinas, desagregação superficial, de margens, interna, voçoroca
Escorregamentos Movimentos coletivos de solo ou rocha em que a massa instabilizada desliza sobre uma superfície claramente delimitada no maciço estável, envolvendo um volume bem definido de material.
Grota Funda
Via Anchieta Pista Sul, Km 42 Vista aérea do desvio, obras iniciais de estabilização e do escorregamento no início de março de 2000.
Escorregamento paralelo ao talude (translacional) Taludes infinitos camadas delgadas de solo deslizam sobre uma superfície aproximadamente paralela ao talude encostas retilíneas, de grande amplitude e inclinações superiores a 35 o ou 40 o, paralelas ao topo dos horizontes rochosos escorregamento envolve o horizonte superficial (mais raramente, o horizonte de solo saprolítico) predominantes nos trechos médio e alto das encostas
Escorregamento paralelo ao talude (translacional) espessura de 0,5 a 3 m, largura de 10 a 20 m, e comprimento de 20 a 100 ou até 200 m volumes relativamente reduzidos de material, da ordem de centenas de metros cúbicos massa mobilizada apresenta freqüentemente alta mobilidade e, dependendo da geometria da encosta, pode se deslocar várias centenas de metros longos períodos de elevada pluviosidade seguidos de eventos pluviométricos intensos
Escorregamento paralelo ao talude (translacional) Dois tipos de mecanismos Clássico : fluxo paralelo ao talude no horizonte de solo; diminuição da permeabilidade com a profundidade; rocha pouca fraturada; aumento das pressões neutras causa o escorregamento. Exemplo: Caneleira, Santos (Vargas, 1956)
Escorregamento paralelo ao talude (translacional) Fluxo vertical: aumento da permeabilidade com a profundidade; não são geradas pressões neutras positivas; diminuição da resistência do solo pelo aumento de umidade, durante o avanço da frente de saturação; a superfície de ruptura tende a coincidir com a frente de saturação. Exemplo: escorregamento do maciço dos túneis TA-6 e TA-7 da Rodovia dos Imigrantes, 1974/1975 (Wolle, 1980).
Escorregamento rotacional massa instabilizada desliza sobre uma superfície curva, cilíndrica ou conchoidal o material escorregado apresenta-se muitas vezes pouco deformado, sem distorções importantes no interior da massa instabilizada trincas a montante do escorregamento mobilidade das massas escorregadas geralmente pequena (no máximo algumas dezenas de metros) material se deposita na porção inferior da cicatriz
Escorregamento rotacional maciços isotrópicos maciços anisotrópicos nos quais a orientação dos principais planos de fraqueza não condiciona um escorregamento translacional freqüentes em solos sedimentares, em horizontes superficiais evoluídos pedologicamente e em horizontes de solos saprolíticos de algumas rochas mais homogêneas e isotrópicas (granitos).
Escorregamento rotacional alterações nos estados de tensão do maciço decorrentes de mudanças geométricas impostas em sua região basal, devidas a cortes ou processos erosivos; e acréscimo de pressões neutras no interior do maciço devido à elevação da superfície freática de redes de percolação nas proximidades da superfície do talude. Exemplos: escorregamentos nas argilas variegadas da Bacia Sedimentar de São Paulo (Wolle e Silva 1992) e no Monte Serrat em 1956 (Vargas e Pichler 1957, Vargas 1966, Wolle 1980).
ANALISE TRIDIMENSIONAL DE CUNHA DE ROCHA
Escorregamento em cunhas Movimentos translacionais onde a massa instabilizada se destaca do maciço deslizando sobre uma superfície formada por um ou mais planos cortes em maciços maciços argilosos com isotropia de resistência, e maciços anisotrópicos, de solo ou rocha, nos quais planos pronunciados de menor resistência condicionam o movimento
Escorregamento em cunhas Em maciços argilosos: desconfinamento e desbarrancamento; cortes que acarretam o aparecimento de trincas de tração na porção superior do maciço; ruptura do talude durante ou logo após sua execução; trincas sujeitas ao preenchimento por água; talude fica submetido a um acréscimo de solicitação representado pelo empuxo hidrostático atuando nas trincas preenchidas.
Escorregamento em cunhas Em maciços com anisotropia de resistência: escorregamentos estruturados em rocha e saprolito; condicionados pelos planos de fraqueza (xistosidade, fraturas, juntas de alívio e outras feições estruturais observadas em rochas, principalmente as metamórficas e em seus horizontes saprolíticos); cortes com ângulo de inclinação maior do que o dos planos de fraqueza orientados no sentido desfavorável à estabilidade. Quando o corte não rompe durante ou logo após sua execução, devido ao desconfinamento do maciço, a abertura de fissuras associadas às estruturas preexistentes e seu preenchimento com água podem deflagrar o processo.
DEBRIS FLOW OF 1985 (84mm/1h; 265mm/1day) Moderate damage Decision to implement some protection 8 low gabion dams along the stream 8 heigher gabion dams in two other creeks
Quedas tombamento de blocos, solo ou rocha, que se desprendem do maciço num movimento de rotação em torno da base e em seguida despencam num movimento aproximado de queda livre queda de blocos cuja camada inferior de suporte é removida por processos erosivos (solos sedimentares, horizontes de solo saprolítico de formações sedimentares, algumas rochas metamórficas e ígneas suscetíveis à desagregação superficial como alguns basaltos). Exemplos: Formação Morro Pelado em Santa Catarina (Guidicini e Nieble 1976) e cortes em solos variegados da Bacia Sedimentar de São Paulo (Wolle e Silva 1992).
Quedas Movimentos verticais em que o volume de material mobilizado se desprende do maciço sem que haja deslizamento sobre uma superfície de ruptura rápidos e de curta duração maciços de solo ou rocha, em penhascos íngremes ou taludes de corte aproximadamente verticais.
Rolamentos blocos rochosos parcialmente imersos em solo (matacões) se desprendem do maciço solos residuais de rochas graníticas (granitos, gnaisses e migmatitos) e algumas rochas básicas (diabásio), onde o processo de intemperização tende a isolar no interior das camadas de solos residuais, blocos rochosos formados por zonas de maior resistência à desagregação físico-química. remoção do material que serve de apoio aos matacões, por processos erosivos ou escorregamentos, ou ainda devido à ação humana (cortes nas encostas, remoção da vegetação, alteração do regime de águas superficiais).
Fall MODOS DE RUPTURA DE TALUDES Topple Slide Flow
FRATURAS DE ALIVIO DE TENSOES FRATURAS DE ALIVIO DE TENSOES EROSAO EXPANSAO E SURGIMENTO DE TRACAO TENSOES DO MACICO ROCHOSO
FRATURAS PARALELAS A SUPERFICIE TOPOGRAFICA (juntas de alívio)
Rastejo movimentos lentos e contínuos de material de encostas sinais característicos: estruturas rochosas deformadas, acompanhando o sentido descendente da encosta; linhas de seixos na base do solo superficial; blocos movimentados no interior da camada superficial coluvionar; blocos em superfície deslocados de sua posição original; trincas e degraus na superfície da encosta; árvores, postes e cercas inclinados; e trincas e ruptura em elementos rígidos construídos na encosta (muros, paredes e pilares).
Rastejo envolvem grandes massas de solo e rocha, podendo atingir depósitos coluvionares de encosta (tálus) e horizontes de solo superficial, de solo saprolítico e de rocha alterada de toda uma encosta Wolle (1980) observou rastejo em horizontes superficiais de solo e em horizontes rochosos profundos de encostas na Serra do Mar
Rastejo em solos superficiais: alternância de ciclos de umedecimento e secagem, por escorregamentos de pequenas porções de solo em porções restritas do terreno, gerando transferência de tensões para regiões adjacentes; e à ação constante da gravidade provocando um fenômeno de fluência em camadas rochosas profundas: efeito de fluência do material rochoso ou por pequenos movimentos no interior do maciço devidos ao empuxo hidrostático atuando em algumas trincas ou fendas preenchidas por água
Rastejo Não é comum a evolução de rastejos para escorregamento, com exceção dos que ocorrem em corpos de tálus Tálus se originam de massas mobilizadas em escorregamentos ou corridas na encosta que se depositam em local com topografia mais suave, podendo obstruir drenagens ou pequenos vales; nesse caso, o depósito pode se encontrar saturado e submetido a fluxos internos com pontos de surgência d água; pequenas alterações nas pressões neutras podem causar movimentos de fluência no interior da massa; a superfície nítida de movimentação preferencial, é a superfície de contato com o terreno natural subjacente. Exemplos; Via Anchieta (Rodrigues e Nogami 1950, Teixeira e Kanji 1970, Wolle 1980).
Rodovia Carvalho Pinto Solo laterítico Solo sedimentar
Caracterização geológicageotécnica Estabelecimento de condicionantes dos processos de instabilização Comparação do quadro encontrado com situações semelhantes já estudadas. Definição de atividades de controle de riscos e projeto de medidas de remediação. Sistemas de classificação de processos de instabilização de taludes são suporte importante para o desenvolvimento dessa atividade.
Condicionantes geológicos das instabilizações de encostas Fatores de ordem geológica são os mais importantes condicionantes dos fenômenos de instabilização em encostas naturais e nos taludes produzidos por essas encostas por cortes e escavações. Kanji (1974): mineralógicos, tectônicos e hidrogeológicos Fatores mineralógicos: resistência da matriz, alteração, erodibilidade, anisotropia presença de minerais expansivos e intemperismo diferencial
Condicionantes geológicos das instabilizações de encostas Fatores tectônicos: feições estruturais, dinâmicos, estado de tensões Fatores hidrogeológicos: presença da água e seu movimento no maciço; agente preparatório (umedecimento prévio das camadas de solo) e agente deflagrador (incremento dos esforços solicitantes e redução dos parâmetros de resistência do solo)
Outros condicionantes Pluviometria Variações térmicas Intemperismo Evolução pedológica Vegetação
COMPARISON OF PROPOSED CURVE WITH OTHER EXISTING CRITERIA FOR LANDSLIDES INITIATION RAINFALL, P(mm) EISENACH, CLAGUE (1924, INHUTCHINSON, 198) 200 100 GLANCY, HARMSEN (1975, INWIECZOREK, 196) OKUNISHI, SUWA (1985) SUWA (1989) IKEYA (1989) LAMB (1975) LUMB(1975) (DISASTER) MOSER, HOHERSIN (1983, INGUADAGNO 191) IKEYA (1976) TATIZANAet al (1987) PROPOSE P=21 10 0 10 1 Apud Kanji et al 10 (2003) 2 10 3 10 4 CAP FO ( TI 1hr 2346 12 1day 3 5 15
Curva TL triggering line, a partir da qual as chuvas já podem deflagrar escorregamentos; Curva GL generalized landslides, a partir da qual os escorregamentos certamente ocorrem e são generalizados Curva CE catastrophic events, a partir da qual os escorregamentos tem efeitos catastroficos e em geral acompanhados de corridas de detritos Apud Kanji et al (2003)
Gráfico do USGS (United States Geological Survey) mostrando as maiores intensidades de chuva -em vermelho que provocaram escorregamentos e fluxos