ESTUDO DA ESTABILIDADE DE TALUDES RODOVIÁRIOS DA BR-393

ESTUDO DA ESTABILIDADE DE TALUDES RODOVIÁRIOS DA BR-393 José Branham Ribeiro de Lima 1, Isabelle de Melo Vicente 2, Júlio César da Silva 3 1,3 Universidade do Grande Rio (UNIGRANRIO) / Escola de Ciência e Tecnologia, Rua Professor José de Souza Herdy, nº 1160, Bairro Jardim Vinte e Cinco de Agosto, Duque de Caxias RJ, 1 branhamlima@hotmail.com, 3 jcesarop@gmail.com. 2 Universidade Severino Sombra (USS), Av. Expedicionário Oswaldo de Almeida Ramos, nº 280, Centro - Vassouras / RJ CEP: 27700-000, 2 isabelleolimpia@hotmail.com. Resumo - Analisar a estabilidade de taludes rodoviários, bem como discutir o emprego de técnica de estabilização. Os conceitos de tipologia dos movimentos de massa e os fatores condicionantes dos escorregamentos. Estes conceitos foram utilizados na análise de um talude da rodovia BR-393, entre a entrada para a via de acesso a Progresso até Canoas, atualmente em processo de duplicação. A partir de coletas e análises em laboratório, foram identificados os parâmetros do solo e utilizado o software SLOPE/W para cálculo do fator de segurança. O talude aqui analisado sofreu uma coleta de material e a amostra encontrada apresentou-se com a característica de areia siltoargilosa, a qual sofreu uma análise de risco de ruptura superficial. Foi analisado o fator de segurança através do uso do SLOPE/W, em função do tipo de obra empregada, propondo assim a melhor solução. Palavras-chave: Estabilidade. Talude. Solos. Análise. Área do Conhecimento: Engenharias / Engenharia Civil. Introdução A geotecnia tem sido de extrema importância para o avanço da expansão territorial, acessos rodoviários, ferroviários, portos e em estruturas profundas como túneis e exploração de minérios. Sua influência e análise vêm ajudando significantemente nos aprimoramentos de obras mais seguras. O desenvolvimento de estudos e métodos em estabilidade permite avaliar a resistência dos taludes, possibilitando uma melhor solução às rupturas. O avanço tecnológico e implantação de ferramentas digitais potencializaram os métodos de análise de estabilidade de taludes e os tornou rápidos e eficientes. Sendo assim, aqui analisaremos um talude rodoviário na BR-393, identificando o seu fator de segurança, propondo um tipo de obra de contenção, caso seja necessário. Guidicini e Nieble (1984) definiram que talude ou encosta é toda superfície natural inclinada que une duas ou mais superfícies caracterizadas por diferentes energias potenciais. Tominaga (2007) define movimentos de massa, como sendo movimentos coletivos de solo, rocha ou mistura de ambos, que resultam de processos de ruptura ou de desestabilização das encostas. Metodologia Apresentam-se aqui alguns parâmetros do solo. As propriedades mais significativas dos materiais, na discussão de problemas de estabilidade, são o ângulo de atrito e a coesão de solos (Figura 1). Observa-se na Figura 1, que a tensão cisalhante ( ), necessária para provocar deslizamento, aumenta com o aumento da tensão normal (σ). A inclinação da linha que relaciona as duas tensões, normal e cisalhante, define o ângulo de atrito (φ). Caso a descontinuidade for selada, ou rugosa, quando a tensão normal for igual a zero, será necessário um valor da tensão cisalhante para provocar movimentação. Este valor inicial define a coesão no plano de descontinuidade (GUIDICINI E IWASA, 1976). Segundo Pinto (2002), é o ângulo máximo que a força transmitida pelo corpo à sua superfície faz com a normal ao plano de contato sem deslizamento. Segundo Horst (2007), as forças nos contatos entre grãos de areia e de argila são diferentes, pois as forças transmitidas na areia são grandes o suficiente para expulsar a água entre as partículas, gerando contato entre os dois minerais. Já nas argilas o número de partículas de solo é muito maior, ocasionando uma menor força entre os contatos; esta força não é suficiente para expulsar a água absorvida pelas partículas, ou seja, a água 1

é a razão pela transmissão das forças. Pinto (2002) diz que a resistência ao cisalhamento dos solos é essencialmente devida ao atrito entre as partículas. Entretanto, a atração química entre estas partículas pode provocar uma resistência independente da tensão normal atuante no plano e constitui uma coesão real, como se uma cola tivesse sido aplicada entre os dois corpos. Figura 1- Correlação entre a tensão cisalhamento. Fonte: Guidicini e Iwasa (1976). Dentre os movimentos de massa, os escorregamentos são os mais frequentes na região sudeste do Brasil, como na Serra do Mar. Tominaga (2009) os define como movimentos rápidos, de porções de terrenos (solos e rochas), com volumes definidos, deslocando-se sob a ação da gravidade, e para fora do talude ou da vertente. No momento que a força gravitacional vence o atrito interno das partículas, responsável pela estabilidade, a massa de solo movimenta-se. De acordo com a metodologia de Augusto Filho (1992) e Tominaga (2009), levando em consideração a geometria e a natureza dos materiais instabilizados, os escorregamentos podem ser subdivididos em três tipos: rotacionais, ou circulares (Figura 2), translacionais ou planares Figura 3 e em cunha Figura 4. Figura 2 - Escorregamentos rotacionais ou circulares. Fonte: Tominaga (2009). Figura 3 - Escorregamentos translacionais ou planares. Fonte: Tominaga (2009). Figura 4 - Escorregamento em Cunha Fonte: Tominaga (2009). 2

Segundo Cunha et al. (1991), taludes rodoviários são encostas às margens de estradas realizadas por intervenção antrópica. São classificados como de corte - resultantes de escavação, ou de aterro - feitos a partir de vários materiais; argila, silte, areia, cascalho e rejeitos de mineração. Várias técnicas e tecnologias são sugeridas para gerenciar os problemas que ocorrem. Há a necessidade de análise de estabilidade de taludes que sofrem com tal ocorrência (DYMINSKI, 2010). Segundo Pereira (2013), o método de equilíbrio limite é um conjunto de procedimentos para à determinação de um índice ou de uma grandeza que permita quantificar o quão próximo da ruptura um talude se encontra. A análise de estabilidade por equilíbrio limite se deve a três motivos. Segundo Freitas (2011), a simplicidade do método, ao nível satisfatório de acurácia dos seus resultados (segurança do maciço) e à relativa facilidade e baixo custo para se estimar ou obter os parâmetros de resistência do solo com a precisão. Dentre eles podemos citar: Método de equilíbrio limite; de Fellenius; de Bishop; de Janbu; de Spencer; de Morgens Tern-Price; de Correia; de Sarma e também podemos utilizar softwares na análise de estabilidade de taludes. Aqui utilizamos o software SLOPE/W para calcular o fator de segurança, utilizado em muitas pesquisas, como: análise da estabilidade do talude de emboque de um túnel no Equador. Santos (2004). Este foi produzido pela GEO-SLOPE International Ltda. Este modela diferentes tipos de solo, estratigrafias, além de geometrias complexas de superfície de escorregamento, e condições de pressão neutra variáveis utilizando uma variedade de modelos de solos, e pode utilizar vários métodos, Santos (2004): Método Ordinário ou (Fellenius); Simplificado de Bishop; Simplificado de Janbu; de Spencer; de Morgenstern-Price; de Corps og Engineers; de Lowe-Karafiath; Generalized Limit Equilibrium (GLE); e de tensão de elementos finitos. O SLOPE/W possui três rotinas executáveis: DEFINE, para definir o modelo do talude a ser analisado; SOLVE computa os resultados; e CONTOUR visualiza os resultados, Horst (2007). Segundo citado por Horst (2007), primeiramente, utilizando o SLOPE/W DEFINE, é definida a geometria do talude desenhando seus limites, bem como definindo as camadas do solo. Horst (2007) explica que são especificados os métodos de análise, e então inseridos os dados de peso específico, coesão e ângulo de atrito para cada camada de solo desenhada. Insere-se o nível d água caso necessário, os dados do solo e a geometria do talude que deverão ser definidos então as linhas ou pontos os quais são usados para computar o raio do círculo da superfície de ruptura. Em seguida é estabelecida uma grade de centros de rotação para controlar o local de ensaio das superfícies de deslize. Utilizando agora o SLOPE/W SOLVE como na Figura 5, calculamos o fator de segurança mínimo, onde carrega os dados inseridos no DEFINE e os simula conforme a grade e as linhas definidas para a superfície de deslize (HORST, 2007). Figura 5 - Representação do programa SLOPE/W SOLVE. Fonte: Horst (2007). Por fim, o SLOPE/W CONTOUR, Figura 6, permite ver os resultados da análise graficamente, bem como visualizar todos os parâmetros do solo, seus limites e observações do ensaio. Horst (2007) 3

Figura 6 - Representação da demonstração do resultado no programa SLOPE/W CONTOUR. Fonte: Horst (2007). Os taludes da rodovia BR393/RJ vêm passando por mudanças, devido às obras de contenção. A rodovia tem um fluxo intenso de caminhões, fazendo parte dos trechos que liga a cidade fluminense de Barra Mansa e Cachoeira do Itapemirim (ES). A área em estudo localiza-se entre os municípios de Barra do Piraí e Vassouras denominada de Rodovia Lúcio Meira, no Centro-Sul Fluminense. Foram realizadas inspeções de campo para analisar os taludes rodoviários ao longo do trecho da BR-393, com uma saída de campo no dia 15/04/2015 para a coleta da amostra, os dados das coordenadas e fotografias do ponto escolhido. Foram percorridos 21,8 km da Rodovia Lúcio Meira (BR-393) catalogando os taludes existentes e, após escolha do trecho a ser estudado, foi realizado a coleta de amostra para os ensaios de laboratório (Figura 7). Figura 7 - Talude rodoviário da BR-393. Fonte: Vicente (2015). Após a coleta, foram feitos ensaios em laboratório: caracterização física, índices físicos, granulometria, limites de atterberg e compactação. Estes índices por si só podem indicar diversos 4

aspectos do comportamento do solo, como a condutividade hidráulica, propensão à erosão e comportamento mecânico, por exemplo. Resultados Os resultados foram obtidos através da simulação efetuada no SLOPE/W da GEO-SLOPE. A análise foi executada conforme a norma ABNT NBR 11682/2009 empregando os dados da Tabela 1, como: inclinação, coesão, peso específico e ângulo de atrito. Tabela 1- - Valores de inclinação, coesão, peso específico e ângulo de atrito do talude. Inclinação (m) Coesão kpa Peso Específico Ângulo de Atrito 58º 5 26,67 35 Fonte: Vicente (2015). Os dados obtidos foram inseridos no SLOPE/W determinando o fator de segurança mínimo, considerando a superfície de ruptura crítica. O resultado da análise realizada no programa SLOPE/W com a aplicação do método definido obteve um valor do fator de segurança de 2,1. Discussão Para uma estabilização ideal leva-se em consideração a inclinação do talude de corte e os problemas de desestabilização. Neste caso o tratamento ideal escolhido é uma combinação de técnicas: emprega-se o retaludamento, pois assegura a estabilidade, diminuindo a inclinação do talude. Utiliza-se também a drenagem superficial harmonizada com o relevo para o efetivo escoamento das águas pelas linhas naturais do curso d água; a implantação de calhas de drenagem de crista e pé de talude garante o escoamento superficial. Certificando que as bacias de retenção sejam construídas suficientemente para armazenar a água recebida diretamente das calhas. Em um talude rodoviário é necessária à estabilidade da obra em curto prazo, o que será assegurada com uso de técnicas para proteção da face do talude. O uso de geossintéticos também atuará reforçando a superfície do talude e o capeamento de concreto. Posteriormente, a tarefa de estabilidade será desempenhada prioritária ou exclusivamente pela parte vegetal viva que tem maior controle dos movimentos de terras superficiais, consequentes do desenvolvimento da vegetação ao longo do tempo. Conclusão Com as análises dos dados realizadas é possível concluir que o fator de segurança encontrado para o talude da Rodovia Lúcio Meira (BR-393) requer que a área seja mantida em observação e recomenda-se o emprego de técnica de retaludamento associada com calhas superficiais e vegetação, sendo assim, optou-se pela obra de contenção mencionada levando em consideração o preço da técnica, o tempo de execução e manutenção da área, o que se torna muito importante para a viabilidade e eficiência do método empregado. Agradecimentos O segundo autor agradece à FAPERJ pelo apoio em forma de bolsa de Iniciação Científica e o terceiro autor agradece à FAPERJ pelo apoio através de projetos em editais APQ1, Grupos Emergentes e Prioridade Rio. Referências AUGUSTO FILHO, O. Caracterização geológico-geotécnica voltada à estabilização de encostas: uma proposta metodológica. In: Conferência Brasileira sobre Estabilidade de Encostas, 1, Rio de Janeiro. Anais... Rio de Janeiro: ABMS/ABGE/PUCRJ, 1992, v.2, p.721-733. 5

CUNHA, M. A., FARAH, F., CERRI, L. E. S., GOMES, L. A., GALVÊS, M. L., BITAR, O. Y., FILHO, O. A., SILVA, W. S. Ocupação de encostas. São Paulo: IPT. 216p. 1991. DYMINSKI, A. S.; Noções de Estabilidade de Taludes e Contenções, Mestrado em Geotecnia, UFPR-Paraná, 2010. FREITAS, M. A. C.; Análise de Estabilidade de Taludes pelos Métodos de Morgenstern-Price e Correia. Dissertação de Mestre em Geotecnia. Universidade do Porto. (2011) GUIDICINI, G., IWASA O Y. Ensaio de correlação entre pluviosidade e escorregamento em meio tropical úmido. (1976). São Paulo: IPT. GUIDICINI, G.; NIEBLE, C. M. Estabilidade de Taludes Naturais e de Escavação. ed. Edgard Blücher: São Paulo, 1984. HORST, R. Avaliação dos métodos para cálculo de estabilidade de taludes em maciço terroso. Ijuí, Rio Grande do Sul, 2007, 129p. PEREIRA, T. S. Avaliação do Desempenho de Diferentes Métodos de Análise de Estabilidade de Taludes em Barragens de Terras. 2013. Dissertação (Mestrado em Engenharia Agrícola) Universidade Federal de Santa Maria, UFSM, Rio Grande do Sul, RS, 77p. PINTO, C. S. Curso básico de mecânica dos solos em 16 aulas. 2a ed. São Paulo. Oficina de Textos, 2002. SANTOS, C. R.; Análise Paramétrica da Infiltração e sua Influência na Estabilidade de Taludes em Solo Não Saturado. Dissertação (Mestrado em Geotecnia) Escola de Engenharia de São Carlos, São Carlos, SP, 2004, 104p. TOMINAGA, L. K.; SANTORO, J., AMARAL R.; Desastres Naturais: Conhecer para Prevenir, 1ª. Edição. Instituto Geológico, São Paulo, 2009. TOMINAGA, L.K. Avaliação de Metodologias de Análise de Risco a Escorregamentos: Aplicação de um Ensaio em Ubatuba, SP. Departamento de Geografia da Faculdade de Filosofia, Letras e Ciências Humanas da Universidade de São Paulo, São Paulo, 2007. Tese de Doutorado 220 p + Mapas. VICENTE, I. M. Análise da Estabilidade de Talude Rodoviário da BR-393. 2015. Trabalho de Conclusão do Curso de Engenharia Ambiental e Sanitária Universidade Severino Sombra, USS, Vassouras, RJ, 74p. 6