TCC - 2009 - Análise Determinística de Estabilidade de Taludes Naturais pelo Método de...
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FACULDADE IDEAL – FACI HALLEYLTON LOPES RIBEIRO
ANÁLISE DETERMINÍSTICA DE ESTABILIDADE DE TALUDES NATURAIS PELO MÉTODO DE EQUILÍBRIO LIMITE
BELÉM – PARÁ 2009
HALLEYLTON LOPES RIBEIRO
ANÁLISE DETERMINÍSTICA DE ESTABILIDADE DE TALUDES NATURAIS PELO MÉTODO DE EQUILÍBRIO LIMITE
BELÉM – PARÁ 2009
Monografia apresentada á Faculdade
Ideal-FACI, como parte dos requisitos para
obtenção do grau de Bacharel em Engenharia
Civil.
Profº. Orientador: Drº. João Luiz Castro
Sampaio Junior.
HALLEYLTON LOPES RIBEIRO
Monografia apresentada como trabalho de conclusão de curso de Engenharia Civil
pela Faculdade Ideal – FACI, defendida e aprovada em 14 de Dezembro de 2009
pela banca examinadora constituída pelos professores:
Orientador: ______________________________________________
Profº: João Luiz Castro Sampaio Junior, D.Sc. (FACI)
Membro: _____________________________________
Profº: Risete Maria Queiroz Leão Braga, M.Sc. (FACI)
Membro: _____________________________________
Profº: Wandemyr Mata dos Santos Filho, M.Sc. (UNAMA)
À minha família,
pelo exemplo, dedicação e amor
AGRADECIMENTOS
Agradeço:
a) Primeiramente a Deus pela realização deste trabalho;
b) Ao meu Orientador Drº. João Sampaio Jr., pela sua dedicação e
disposição no desenvolvimento desta monografia.
c) A todos os professores do curso, que de certa forma contribuíram para
o meu desenvolvimento acadêmico e profissional. Em especial a Profª. M.Sc. Risete
Braga.
d) A Madisson, pela oportunidade, pelo exemplo e pelos diversos
ensinamentos em situações práticas. Sobretudo ao Engº. Bernardo da Silva Neto.
e) À minha namorada Aline Mota, por tirar da minha alma o mais valioso
sentimento que nela existia.
f) À minha família, por serem a razão do meu empenho incansável.
Especialmente á minha avó, meu pai e meus irmãos.
g) Em especial quero agradecer à meu avô, pela confiança, pelo apoio,
pelo incentivo, pelo amor e pelo grande exemplo que é. Obrigado!
Toda reforma interior e toda mudança para
melhor dependem exclusivamente da aplicação
do nosso próprio esforço.
(Immanuel Kant)
RESUMO
Este trabalho tem como objetivo apresentar um estudo para determinação dos
coeficientes de segurança global (FS) à ruptura, através de análises determinísticas,
para dois taludes naturais localizados no estado do Pará, nos municípios de
Barcarena e Maracanã, que vêm sofrendo ação de processos erosivos. Os
parâmetros geotécnicos necessários ao estudo foram obtidos através da revisão
bibliográfica. Empregou-se no trabalho a elaboração de 12 superfícies de ruptura
experimentais (SRE), sendo 6 para cada talude, e, através de uma análise
fundamentada nos métodos de equilíbrio limite de Fellenius e Bishop Simplificado,
determinou-se analiticamente os coeficientes de segurança global (FS) das 12
SREs. A averiguação dos resultados analíticos foi feita com a determinação dos FS
por meios computacionais através dos programas GawacWin 1.0 e Geo4 – Stability
of Slopes. O programa GawacWin 1.0 é um sistema de análise de estabilidade que
utiliza as teorias de Rankine, Coulomb, Meyerhof, Hensen e Bishop Simplificado. No
programa Geo4 – Stability of Slopes a análise de estabilidade assume duas
superfícies de deslizamento: poligonal e circular. Nas análises por superfície de
deslizamento poligonal, o programa utiliza em sua interfase a metodologia de Sarma
(1973), enquanto que nas análises de superfícies circulares o mesmo se baseia nas
metodologias de Bishop (1955) e Petterson (1916). Os resultados das análises de
estabilidade demonstraram que, os dois taludes naturais analisados neste trabalho
não apresentaram instabilidade de massa, uma vez que os fatores de segurança
obtidos apresentaram valores superiores a 1 (FS>1).
Palavras-chave: Estabilidade de talude. Método de equilíbrio limite. Análise determinística.
ABSTRACT
This paper aims to present a study to determine the coefficients of global
security (FS) to break through deterministic analysis for two natural slopes located in
Para State, in the municipalities of Barcarena and Maracanã, they have been
suffering the action of erosion. The geotechnical parameters required for the study
were obtained from literature review. We applied for work on developing 12
experimental surfaces of rupture (SRE), and 6 for each bank, and through an
analysis based on limit equilibrium methods of Fellenius and Bishop Simplified, it was
determined analytically the coefficients of global security (FS) of 12 SREs. An
examination of analytical results was made with the determination of FS by means of
computer programs GawacWin 1.0 and Geo4 – Stability of Slopes. The program
GawacWin 1.0 is a system stability analysis using the theories of Rankine, Coulomb,
Meyerhof, Hensen and Bishop Simplified. The program Geo4 – Stability of Slopes
stability analysis takes two sliding surfaces: polygonal and circular. In the analysis of
the sliding surface polygon, the program uses in its interface the methods of Sarma
(1973), while the analysis of circular surfaces it is based on the methodologies of
Bishop (1955) and Petterson (1916).The results of stability analysis showed that both
natural slopes in this paper did not present instability of mass, since the safety
factors obtained had values greater than 1 (FS>1).
Key-words: Slope stability. Limit equilibrium method. Deterministic analysis.
LISTAS DE FIGURAS
Figura 1 – Inclinação do Talude versus número de casos de movimento de massa
ocorridos na margem atlântica dos EUA............................................................. 19
Figura 2 - Esquema de Corrida de Lama (mudflows)......................................... 21
Figura 3 – Esquema de Rastejo (creep)............................................................. 22
Figura 4 – Escorregamento Rotacional (slump).................................................. 23 Figura 5 – Superfícies de ruptura - escorregamentos rotacionais: a) Seção de
deslizamento circular, b) Seção de deslizamento não circular........................... 23 Figura 6 – Superfícies de ruptura - escorregamentos translacionais.................. 24 Figura 7 – Esquema mostrando a queda de bloco. a)Exemplo de queda de bloco.
b)No fundo, bloco prestes a cair, no plano frontal, detritos gerados pela queda de um
bloco................................................................................................................... 25 Figura 8 – Linha de Fluxo: (a) visão passada das linhas de fluxo de água e (b) visão
atual das linhas de fluxo de água....................................................................... 28
Figura 9 – Conceito de análise probabilística de estabilidade de taludes.......... 31
Figura 10 – Método das Fatias: a) Superfície experimental de ruptura b) Esforços
presente na fatia n.............................................................................................. 36 Figura 11 – Forças atuantes em uma fatia pelo Método de Fellenius................ 38 Figura 12 – Forças atuantes em uma fatia pelo Método de Bishop Simplificado.. 40 Figura 13 – Superfície de Ruptura pelo Método de Sueco ou Petterson............ 41 Figura 14 – Municípios catarinenses com maior número de registros de
escorregamentos nos AVADANs durante o período de 1980 a 2003................. 43 Figura 15 – Detalhe de fenda observada na encosta......................................... 43
Figura 16 – Localização do Município de Barcarena.......................................... 44
Figura 17 – Visão panorâmica do talude com a Torre 29 LT VC/GM, sobre sua
crista.................................................................................................................... 45
Figura 18 – Processo erosivo na base da Torre 29 LT VC/GM.......................... 45
Figura 19 – Localização do Município de Maracanã........................................... 47
Figura 20 – Visão panorâmica do talude investigado......................................... 48
Figura 21 – Superfície de Ruptura Experimental 1......................................... 51
Figura 22 – Superfície de Ruptura Experimental 2......................................... 52
Figura 23 – Superfície de Ruptura Experimental 3......................................... 52
Figura 24 – Superfície de Ruptura Experimental 4......................................... 52
Figura 25 – Superfície de Ruptura Experimental 5......................................... 53
Figura 26 – Superfície de Ruptura Experimental 6......................................... 53
Figura 27 – Detalhe da altura tomada para ser utilizada na SREs do Talude de
Maracanã............................................................................................................ 54
Figura 28 – Superfície de Ruptura Experimental 7............................................. 54
Figura 29 – Superfície de Ruptura Experimental 8............................................. 55
Figura 30 – Superfície de Ruptura Experimental 9............................................ 55
Figura 31 – Superfície de Ruptura Experimental 10.......................................... 56
Figura 32 – Superfície de Ruptura Experimental 11.......................................... 56
Figura 33 – Superfície de Ruptura Experimental 12.......................................... 57
Figura 34 – Torre 29 LT VC/GM.......................................................................... 59 Figura 35 – Laudo de sondagem da Torre 29 LT VC/GM da ELETRONORTE... 60 Figura 36 – Exemplo de uma envoltória de resistência observada na amostra de solo
3........................................................................................................................... 61 Figura 37 – Detalhe do local de amostragem: (a) fotos do local; (b) desenho
esquemático da locação...................................................................................... 62 Figura 38 – Gráfico comparativo dos Métodos utilizados para obter o FS do Talude
de Barcarena....................................................................................................... 65 Figura 39 – Gráfico comparativo dos Métodos utilizados para obter o FS do Talude
de Maracanã....................................................................................................... 66
LISTAS DE TABELAS
Tabela 1 - Características dos principais grandes grupos de processos de
escorregamento................................................................................................. 25
Tabela 2 – Importância da análise probabilística de estabilidade de taludes.... 32
Tabela 3 – Métodos de equilíbrio – limite, para perfis quaisquer....................... 35
Tabela 4 – Valores de peso específico e ângulo de atrito para cada amostra... 61
Tabela 5 – Frações resultantes do ensaio de sedimentação.............................. 63
Tabela 6 – Valores de peso específico, ângulo de atrito e coesão do solo de
Maracanã............................................................................................................ 63
Tabela 7 – Fatores de Segurança das SREs do Talude de Barcarena.............. 65
Tabela 8 – Fatores de Segurança das SREs do Talude de Maracanã............... 66
LISTAS DE ABREVIATURAS E SÍMBOLOS FS Fator de Segurança
MR Momento resistente ao deslizamento.
MS Momento solicitante que tende a provocar o deslizamento
c’ Coesão efetiva do solo;
φ' Ângulo de atrito efetivo do solo
FSadm Fator de Segurança Admissível MEF Método dos Elementos Finitos MDF Método das Diferenças Finitas o Centro do arco circular da superfície potencial de ruptura
r raio do arco circular da superfície potencial de ruptura
b Base da fatia da superfície potencial de ruptura
α Inclinação da base com a horizontal da superfície potencial de
ruptura
h Altura da fatia da superfície potencial de ruptura
W Peso total da fatia
γnat Peso especifico natural
γsat Peso especifico saturado
N Força total sobre a base
N’ Força normal efetiva
u Força de poropressão na borda.
T Resistência ao cisalhamento na base
E Forças normais totais
X Forças de cisalhamento
c’ Coesão do solo
φ' Ângulo de atrito do solo
l Comprimento da base da fatia
La Comprimento do arco de curvatura
FSi Fator de segurança arbitrário
ru Pressão neutra
K Fator característico horizontal
SRE Superfícies de Ruptura Experimental
i Inclinação do Talude
LISTAS DE SIGLAS
ABGE Associação Brasileira de Geologia de Engenharia
EUA Estados Unidos da América
DER Departamento de Estradas de Rodagem
IPT – SP Instituto de Pesquisa Tecnológicas de São Paulo
AVADAN / DEDC – SC Avaliação de Danos do Departamento Estadual de Defesa
Civil de Santa Catarina
IBGE Instituto Brasileiro de Geografia e Estastíticas
ELETRONORTE Centrais Elétricas do Norte do Brasil S/A
SUMÁRIO RESUMO vi ABSTRACT vii LISTA DE FIGURAS viii LISTA DE TABELAS x LISTA DE ABREVIATURAS E SÍMBOLOS xi LISTA DE SIGLAS xii 1 – INTRODUÇÃO............................................................................................. 16
2 – REVISÃO BIBLIOGRÁFICA......................................................................... 18 2.1 – Movimento de Massa.................................................................................. 18
2.1.1 – Tipos de Movimento de Massa.................................................... 20
2.1.2 – Fatores Causadores de Instabilização de Taludes.................... 26
a) Chuva......................................................................................... 27
b) Intemperismo............................................................................. 28
c) Cobertura Vegetal...................................................................... 29
d) Ação Antrópica.......................................................................... 30
2.2 – Análises de Estabilidade............................................................................ 30
2.2.1 – Tipos de Análises......................................................................... 31
a) Análises Probabilísticas............................................................. 31
b) Análises Determinísticas........................................................... 32
b.1) Análise Limite.............................................................. 34
b.2) Análise Tensão x Deformação..................................... 34
b.3) Análise por Equilíbrio Limite......................................... 34
b.3.1) Métodos das Fatias........................................ 35
2.3 – Métodos de Análise de Estabilidade.......................................................... 37
2.3.1 – Método de Fellenius (1927).......................................................... 37
2.3.2 – Método de Bishop Simplificado (1955)....................................... 38
2.3.3 – Método de Sarma (1973).............................................................. 40
2.3.4 – Método Sueco (1916)................................................................... 41
2.4 – Histórico de Acidentes................................................................................ 42
3 – LOCALIZAÇÃO E ASPECTOS GERAIS DAS ÁREAS EM ESTUDO............................................................................................................. 44 3.1 – Localização do Município de Barcarena.................................................... 44
3.1.1 – Área Investigada........................................................................... 45
3.1.2 – Geologia Local............................................................................. 46
3.1.3 – Clima............................................................................................ 46
3.2 – Localização do Município de Maracanã.................................................... 46
3.2.1 – Área Investigada........................................................................... 47
3.2.2 – Geologia Local............................................................................. 48
3.2.3 – Clima............................................................................................. 48
4 – METODOLOGIA............................................................................................ 50 4.1 – Obtenção dos parâmetros geotécnicos..................................................... 50
4.2 – Análises de estabilidade............................................................................ 50
4.2.1 – Avaliação dos métodos de análise................................................................................................................ 50
a) Elaboração das SREs do Talude da Cidade de Barcarena....... 51
b) Elaboração das SREs do Talude da Cidade de Maracanã....... 53
4.2.2 – Utilização de programas computacionais de análise................ 57
a) GawacWin 1.0........................................................................... 57
b) Stabilty of Slopes....................................................................... 58
5 – CARACTERIZAÇÃO GEOTÉCNICA DOS LOCAIS.................................... 59 5.1 – Talude do Município de Barcarena............................................................ 59
5.1.1 – Sondagens.................................................................................. 59
5.1.2 – Ensaios de Laboratório............................................................... 61
5.2 – Talude do Município de Maracanã.............................................................. 62
5.1.2 – Ensaios de Laboratório............................................................... 62
6 – REULTADOS................................................................................................. 64 6.1 – Análise de estabilidade do Talude de Barcarena........................................ 64
6.2 - Análise de estabilidade do Talude de Maracanã......................................... 65
7 – CONSIDERAÇÃO FINAIS........................................................................... 67 7.1 – Conclusões............................................................................................... 67
7.2 – Sugestões................................................................................................. 68
REFERÊNCIAIS................................................................................................. 69 ANEXOS............................................................................................................ 73
1 – INTRODUÇÃO
Talude é definido como superfície inclinada delimitando um maciço terroso ou
rochoso. Hoje em dia, estudos de estabilidade de taludes tornam-se cada vez mais
freqüentes e necessários, devido a fatores como: o crescimento populacional que
vem se intensificando nos dias atuais, o que contribui para alavancar os
desflorestamentos das áreas próximas a esses taludes, como também as
intempéries que provocam enfraquecimento gradual do solo causando a diminuição
dos parâmetros de resistência do solo. Esses fatores contribuem para os
desmoronamentos de solos, provocando em muitos casos perdas materiais e de
vidas humanas, entres outros custos indiretos.
De forma geral, taludes em solo e em rocha estão sujeitos, com relativa
freqüência, a problemas geotécnicos associados a fatores de instabilização de
massa, como por exemplo: escorregamento e erosões.
BEVILAQUA (2004), afirma que na natureza, existem grandes variedades de
tipos de solos, no qual esses estão submergidos nos vários tipos de movimentos de
massa. Os critérios adotados para a diferenciação dos movimentos de massa são
em geral os tipos de material, a velocidade, as deformações, a geometria e a
quantidade de água.
As analise de estabilidade de talude são tradicionalmente feitos mediantes
métodos determinísticos. Através de análise determinística é possível obter valores
de Fatores de Segurança (FS) para determinadas superfícies de ruptura do talude.
Essas análises determinísticas estão dividas em dois grupos, no primeiro grupo,
destaca-se o método de elementos finitos no qual levam em considerações as
relações tensão/deformação dos diversos materiais. O segundo grupo pode ser
dividido em três subgrupos: métodos que consideram a massa rompida como um
corpo único; métodos que dividem essa massa rompida em cunhas e métodos que
dividem a massa rompida em fatias.
A condição de talude estável ou instável está atrelada ao FS. Para que um
talude posso ser ponderado como estável é preciso que o FS seja maior que 1, caso
contrário ele é avaliado como talude instável ou susceptível à ruptura.
No presente trabalho foi empregado como método de análise, os métodos das
fatias que se basea no uso de um coeficiente de segurança global (FS), definido
como a relação entra a resistência ao cisalhamento disponível e a resistência ao
cisalhamento que deve ser mobilizada para manter uma condição de equilíbrio no
limite.
Por todo o exposto, a finalidade desta monografia é determinar analiticamente
através dos métodos de análise determinística os coeficientes de segurança global
(FS), como também averiguar os resultados analíticos por meio de processos
computacionais, para as diversas superfícies de rupturas de dois taludes naturais
localizados no estado do Pará, nos municípios de Barcarena e Maracanã, que vêm
sofrendo ação de processos erosivos. E apartir de então, realizar uma comparação
entre os métodos utilizados, analisando o risco ou a confiabilidade aplicado à
estabilidade dos taludes investigados.
A presente monografia é composta de 7 capítulos: No Capítulo inicial, há uma
breve introdução ao tema da monografia, mencionando o seu objetivo. No 2º
Capítulo, são expostos os conceitos tradicionais de movimentos de massas,
citandos os seus principais tipos, e fazendo uma abordagem sistemática dos fatores
determinantes para os movimentos de massa. Além disso, apresentam – se os
principais conceitos dos tipos de análise de estabilidade, listando alguns métodos de
avaliação de estabilidade de taludes sugeridos ou empregados em outros trabalhos.
No Capítulo 3, é possível identificar os aspectos gerais, tais como:
localização, geologia local e clima de cada cidade onde se localizam os taludes
selecionados para esta pesquisa.
Já no Capítulo 4, é feita um esclarecimento geral da metodologia de pesquisa
adotada no trabalho, metodologia esta que se dividiu na obtenção dos parâmetros
geotécnicos de cada talude, elaboração das superfícies de rupturas experimentais
para posteriores análises de estabilidade.
O Capítulo 5 traz as caracterizações geotécnicas dos solos das áreas em
estudo, apresentando laudo de sondagem e ensaios de laboratórios realizados para
estas áreas.
Já o Capítulo 6 mostra os resultados obtidos neste trabalho, como também
apresenta uma comparação entre os métodos utilizados na metodologia de
pesquisa. Por fim a sétimo e ultimo capítulo expõe as considerações finais e
recomendações para trabalhos futuros.
2 – REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
2.1 – Movimento de Massa
Quando a superfície de um terreno não é horizontal, existe uma componente
da força da gravidade que tende a mover o solo para baixo. Ao movimento de massa
de terra nestas circunstâncias dá-se o nome de escorregamentos. Os
escorregamentos podem ocorrer de maneira lenta, com ou sem provocação
aparente. São geralmente causadas por escavações, acréscimos de cargas sobre
taludes existentes, liquefações do solo provocadas por esforços dinâmicos etc. A
ação da água tem sido uma das maiores responsáveis na ocorrência de muitos
escorregamentos de taludes. (Albuquerque, 2003 in Pacheco e Marques, 2008).
Segundo a Associação Brasileira de Geologia de Engenharia (ABGE, 1998 in
MARANGON, 2004), a execução de cortes nos maciços pode condicionar
movimentos de massa ou, mais especificamente, escorregamento de taludes, desde
que as tensões cisalhantes ultrapassem a resistência ao cisalhamento dos materiais
Segundo FIORI (1995) in KOZCIAK (2005), o movimento de massa
representa um importante papel no desenvolvimento de vertentes no Sul do Brasil
pelo fato de estar ligado a condições climáticas úmidas e a um intenso processo de
intemperismo das rochas. A força da gravidade origina tensões de cisalhamentos e
normais dentro da massa do solo ou de rocha, que atuam principalmente ao longo
de planos inclinados. O esforço cisalhante, responsável pela movimentação de
massa, aumenta com a inclinação e a altura da vertente, com o peso especifico do
solo e com a quantidade de água que se infiltra e se acumula no solo.
,
ao longo de determinadas superfícies de ruptura. Naturalmente que os taludes
provenientes da má execução de aterros pode também levar ao movimento de
massas de solos.
Segundo SANTOS JR. e NÓBREGA (2000) in PACHECO et al. (2005) ao
estudar uma falésia, devemos levar em consideração que quaisquer que sejam os
objetivos do estudo é preciso identificar e classificar os vários tipos de movimento de
massa, seus aspectos geológicos, a velocidade do movimento e as causa da
instabilização, bem como classificar e descrever o material envolvido no movimento,
juntamente com a quantificação das propriedades relevantes ao objetivo do estudo.
Grandes escorregamentos de massa foram observados em taludes de muito
baixa inclinação (KVALSTAD et al., 2001 – SILVA, 2005). Isto pode ser observado a
partir da Figura 1, que mostra a distribuição de escorregamentos submarinos de
acordo com a inclinação do talude. Um estudo baseado na teoria do talude infinito
realizado por COSTA et al. (2004) no talude de Marlim (Bacia de Campos) mostrou
que os fatores de segurança estáticos diminuem consideravelmente com o aumento
da poropressão e que a influência da poropressão no valor do fator de segurança é
mais pronunciada em taludes de baixas inclinações.
Figura 1 – Inclinação do Talude versus número de casos de movimento de
massa ocorridos na margem atlântica dos EUA (LEE, 2004 in SILVA, 2005)
Mecanicamente, um escorregamento de massa ocorre quando as tensões
solicitantes excedem a resistência ao cisalhamento do solo depositado. A condição
de estabilidade é definida através do Fator de Segurança (FS). Matematicamente
esse fator é definido como a expressão do balanço entre as forças resistivas (que
tendem a manter o sedimento imóvel) e as forças cisalhantes (que forçam os
sedimentos a se movimentarem talude abaixo) ou simplesmente como a razão entre
a resistência cisalhante média e a tensão cisalhante ao longo da superfície crítica de
ruptura. Valores de FS maiores que 1 indicam estabilidade, valores de FS menores
do que 1 indicam instabilidade e valores de FS igual a 1 indicam condições limites
de estabilidade (meta-estabilidade). No entanto, deve-se observar que a
probabilidade de ocorrência de um deslizamento não é função linear do fator de
segurança. (SILVA, 2005)
De forma geral, taludes em solo e em rocha estão sujeitos, com relativa
freqüência, a problemas geotécnicos associados a fatores de instabilização de
massa, como por exemplo: escorregamento e erosões. Quando se trata de taludes
rodoviários em cortes ou aterros, assim como de encostas naturais adjacentes às
rodovias, tais eventos costumam provocar danos e, freqüentemente, até
interrupções no tráfego com graves prejuízos aos usuários e ao poder publico (DER-
SP, 1991 in MARANGON, 2004).
Os Taludes ou encostas naturais são definidos segundo AUGUSTO FILHO e
VIRGILI (1998) in KOZCIAK (2005), como superfícies inclinadas de maciços
terrosos, rochosos ou mistos (solo e rocha), originados de processos geológicos e
geomorfológicos diversos. A análise e o controle de estabilização de taludes e
encostas têm seu amplo desenvolvimento com as grandes obras civis modernas, em
paralelo à consolidação da Engenharia e da geologia de Engenharia.
2.1.1 – Tipos de Movimento de Massa
Segundo LOBO (2005) Os vários tipos de movimento de massa em taludes
podem ter diferentes velocidades – desde os movimentos de escorregamento lento
até movimentos com mais de 200 km/h e mecanismos de deslizamento a fluxo. O
movimento depende em grande parte do teor de água dos materiais. Se o teor em
água aumenta, o movimento passa de deslizamento a fluxo.
BEVILAQUA (2004), afirma que na natureza, ocorrem vários tipos de
movimentos de massa, no qual estão envolvidas grandes variedades de tipos de
solos. Os critérios adotados para a diferenciação dos movimentos de massa são em
geral os tipos de material, a velocidade, as deformações, a geometria e a quantidade
de água.
FREIRE (1965) in KOZCIAK (2005) apresentou a primeira sistemática de
classificação em nível nacional. Essa classificação reúne os movimentos de talude
em três grandes grupos: escoamentos, escorregamentos e subsidência. Sob a
denominação de escoamento são agrupadas todas as deformações ou movimentos
contínuos, com ou sem definição de superfície de ruptura. São distinguidos dois
subgrupos: corridas e rastejo. Os escorregamentos têm caráter definido em tempo e
espaço, alem de superfície nítida de ruptura. Dois subgrupos são individualizados:
escorregamentos rotacionais e translacionais. As subsidências podem ser contínuas
ou finitas e possuem sentido vertical de movimento. Três subgrupos são
estabelecidos: subsidências propriamente ditas, recalques e desabamentos.
Posteriormente, em 1991, o Instituto de Pesquisas Tecnológicas de São
Paulo, IPT elaborou uma classificação mais simplificada. É possível notar diferenças
significativas entre as várias classificações analisadas. Isto se deve, sobretudo à
falta de um critério único. Cada autor atribui maior importância a um determinado
parâmetro, seja a velocidade, os materiais envolvidos, o modo de deformação etc.
Entretanto, notamos que alguns tipos genéricos de movimentos de massa estão
presentes na maior parte das classificações. São eles: o rastejamento (creep), as
corridas (flows), os escorregamentos (slides) e as quedas de blocos (rockfalls). O
rastejamento (DIAS e HERRMANN, 2002).
AUGUSTO FILHO (1994) in KOZCIAK (2005) apresenta uma sistemática de
classificação relativamente genérica, mas que resume os principais grupos de
processos de instabilização pesquisados para elaboração de Cartas de riscos de
Escorregamentos no Brasil. Essa classificação apresenta os processos agrupados
em quatros grandes classes: rastejo (“creep”), escorregamentos (“slides”), quedas
(“falls”) e corridas (“flows”), conforme Tabela 1.
As corridas são movimentos rápidos, associadas à concentração dos fluxos
d.água superficiais em determinado ponto da encosta. Geralmente os materiais
(solo, pequenos blocos e restos vegetais) são transportados ao longo de canais de
drenagem e se comportam como um fluido altamente viscoso (Figura 2). Uma
corrida pode ser gerada por pequenos escorregamentos que se deslocam em
direção aos cursos d.água, o que torna difícil a distinção entre estes dois tipos de
movimento, afirma (DIAS e HERRMANN, 2002).
Figura 2 - Esquema de Corrida de Lama (mudflows) (ATKINSON, 1997 in KOZCIAK,
2005).
Segundo SELBY (1982) in KOZCIAK (2005), outros termos estão associados
às corridas, variando conforme a viscosidade (presença de água) e o tipo de
material mobilizado, como exemplo, os fluxos de terra (earthflows), os fluxos de lama
(mudflows) e os fluxos de detritos (debrisflows). Rastejo é um movimento extremamente lento de poucos centímetros ao ano.
Basicamente se dá pela movimentação como um todo, do manto de alteração de
uma encosta; deslocando e abrindo fendas nas partes inferiores (solo residual e
rocha). Este movimento afeta grandes áreas e não apresenta uma superfície de
ruptura muito bem definida. Com o aumento da velocidade pode se transformar em
um escorregamento. A existência de rastejo numa área pode ser notada pela
inclinação de árvores, cercas ou postes (Figura 3). Normalmente, este é um dos
movimentos mais lento que existe, mas, com o aumento da saturação de água no
solo, ele pode assumir uma maior velocidade, tornando-se um perigo para as
construções que existem nesta vertente ou neste vale.
Figura 3 – Esquema de Rastejo (creep)
Os escorregamentos rotacionais apresentam uma superfície de ruptura
côncava, ao longo da qual ocorre um movimento rotacional do manto de alteração
(Figura 4). Basicamente, estão associados a pacotes de solos espessos e
homogêneos, de rochas argilosas ou cristalinas intensamente fraturadas. A gênese
dos escorregamentos rotacionais está frequentemente vinculada a cortes na base
das vertentes, sejam artificiais (implementação de estrada) ou naturais (erosão
fluvial) (FERNANDES e AMARAL, 1996 in KOZCIAK, 2005)
Figura 4 – Escorregamento Rotacional (slump) (ATKINSON, 1997 in KOZCIAK,
2005).
CRAIG (2007), afirma que em escorregamentos rotacionais, a forma da
superfície de ruptura na seção pode ser um arco circular ou uma curva não – circular
(Figura 5). Em solos relativamente homogêneos e isotrópicos a superfície tende a
ser circular. Caso ocorram materiais ou descontinuidades que representem com
resistências mais baixas, a superfície passa a ser mais complexa, podendo incluir
trechos lineares. A anisotropia com relação à resistência pode acarretar em
achatamento da superfície de ruptura (curva não – circular).
Figura 5 – Superfícies de ruptura - escorregamentos rotacionais: a) Seção de
deslizamento circular, b) Seção de deslizamento não circular. (FEUERJ, 2008).
Os escorregamentos translacionais (Figura 6) ocorrem onde a forma da
superfície de ruptura é influenciada pela presença de um estrato adjacente com
resistência significativamente diferente, sendo provável que a maior parte da
superfície de ruptura passe através do estrato com menor resistência ao
cisalhamento. A forma da superfície seria influenciada também pela presença de
descontinuidade, tais como fissuras e deslizamentos preexistentes (CRAIG, 2007).
Figura 6 – Superfícies de ruptura - escorregamentos translacionais (FEUERJ, 2008).
Segundo DIAS e HERRMANN (2002), os escorregamentos translacionais são
os tipos de movimento de massa mais comum nas encostas cobertas por solos.
Apresentam superfície de ruptura com forma planar, que geralmente acompanha
descontinuidades mecânicas e/ou hidrológicas do material. Estas descontinuidades
podem ser resultantes de acamamentos, foliações, falhas, fraturas ou dos contatos
entre rocha, saprolito, solo e colúvio. Os movimentos costumam ser compridos e
rasos e estão associados a uma dinâmica hidrológica mais superficial.
A queda de blocos é um processo geomorfológico natural que ocorre,
fundamentalmente, em encostas muito declivosas com blocos de grandes
dimensões, preferencialmente arredondados, e em situação de instabilidade
conforme combinação de fatores geológicos e meteorológicos (Dorren, 2003 in
VARGAS e ALMEIDA, 2006).
Para BAUTISTA (2007) a queda de blocos envolve materiais rochosos de
volume e litologia diversos, que se destacam de taludes ou encostas íngremes e se
deslocam em movimentos do tipo queda livre. Na Figura 7 se mostra este tipo de
movimento.
Figura 7 – Esquema mostrando a queda de bloco. a) Exemplo de queda de bloco. b)
No fundo, bloco prestes a cair, no plano frontal, detritos gerados pela queda de um
bloco (PORCHER, 2007).
Tabela 1 - Características dos principais grandes grupos de processos de
escorregamento. (Augusto Filho, 1994 in KOZCIAK 2005).
Processos Características do Movimento/Material/Geometria
RASTEJO
(“CREEP”)
Vários planos de deslocamento (interno)
Velocidades muito baixas (cm/ano) a baixas, decrescente
com a profundidade.
Solos, depósitos, rocha alterada / fraturada.
Geometria indefinida
ESCORREGAMENTOS
(“SLIDES”)
Poucos planos de deslocamentos (externo)
Velocidades medias (m/h) a altas (m/s)
Pequenos a grande volume de material
Geometria e materiais variáveis:
Planares ou translacionais: solos poucos espessos, solos
e rochas com um plano de fraqueza.
Circulares ou rotacionais: solos espessos homogêneos e
rochas muito fraturadas.
Em cunha: solos e rocha com dois planos de fraqueza.
a) b)
QUEDAS
(“FALLS”)
Sem planos de deslocamento
Movimento tipo queda livre ou em plano inclinado
Velocidades muito altas (vários m/s)
Material rochoso
Pequenos a médios volumes
Geometria variável
Rolamento de matacão – tombamento
CORRIDAS
(“FLOWS”)
Muitas superfícies de deslocamentos (internas e externas
à massa em movimento)
Movimento semelhante ao de um liquido viscoso
Desenvolvimento ao longo das drenagens
Velocidade media a altas
Mobilização de solo, rochas, detritos e água.
Grandes volumes de materiais
Extenso em raio de alcance, mesmo em área planas.
2.1.2 – Fatores Causadores de Instabilização de Taludes
AUGUSTO FILHO e VIRGILI (1998) citam resumidamente, os principais
condicionantes dos escorregamentos e processos correlatados na dinâmica
ambiental brasileira como: características climáticas, com destaque para o regime
pluviométrico; características e distribuição dos materiais que compõem o substrato
das encostas/taludes, abrangendo solos, rochas, depósitos e estruturas geológicas
(xistosidades, fraturas, etc.); características geomorfológicas, com destaque para
inclinação, amplitude e forma do perfil das encostas (retilíneo, convexo e côncavo);
regime das águas de superfície; característica do uso e ocupação, incluindo
cobertura vegetal e as diferentes formas de intervenção antrópica das encostas,
como cortes, aterros, concentração de água pluvial e servida, etc. Mas sob o ponto
de vista da Geologia de Engenharia, alguns dos condicionantes listados
anteriormente têm particular importância, pois referem-se diretamente às
características geológico-geotécnicas. Sendo eles:
a) Chuva
No meio tropical brasileiro, é de conhecimento generalizado à vinculação dos
escorregamentos à estação de chuvas e, dentro dela, à ocorrência de chuvas
intensas. Durante o verão, as frentes frias que se originaram na região polar
antártica cruzam Oceano Atlântico Sul, num ritmo cíclico de cerca de uma frente por
semana. Ao se depararem com as massas de ar quente tropicais, ao longo da costa
sudeste brasileira, tais frentes geram fenômenos de instabilidade atmosférica
intensos, constituindo em fortes chuvas e tempestades. Tais chuvas acarretam, com
certa freqüência, erosão intensa e escorregamentos, não raro de caráter catastrófico
(GUIDICINI e NIEBLE, 1983 in ROMERO, 2000).
Segundo FERREIRA (2007) a água representa um dos principais fatores no
desenvolvimento de processos de instabilidade de talude. O fluxo de água
subterrâneo pode ser detectado por piezômetros no interior do talude, sendo
apresentado através de linhas subparalelas à superfície do lençol freático. Hoje a
visão que se tem do comportamento do fluxo de água é diferente. Em redes de fluxo
aplicadas a análise da estabilidade de talude, existe geralmente um gradiente de
pressão descendente, em furos localizados na parte superior, e que existe um
gradiente de pressão para cima, em furos localizados na parte inferior. Neste caso,
admite-se que o maciço apresenta caráter de isotropia e homogeneidade, ou seja,
as propriedades são as mesmas em todas as direções. A maior diferença entre os
modelos de fluxo de água é na área de descarga, onde a um aumento da pressão
neutra no pé do talude e em seu interior, como ilustrado na Figura 8. Contudo,
quando um corpo de escorregamento bloqueia a área de descarga do fluxo no pé do
talude, as linhas de fluxo sofrem modificações promovendo o aparecimento de
pressões neutras por confinamento, fazendo com que surja uma nova condição de
instabilidade, resultando em movimentações, devido ao encharcamento e ao
desenvolvimento de subpressões, apesar de possuir um ângulo de talude mais
abatido do que na posição original.
WOLLE e CARVALHO (1989) in KOZCIAK (2005) comentam que a ação
combinada de chuva precedente e de chuva intensa de curta ou média duração são
as maiores responsáveis pela deflagração de escorregamentos em meio tropical
úmido. Tanto que, se os episódios de chuvas intensas foram precedidos por dias de
chuvas continuas 8% da pluviosidade média anual já bastam para ocasionar
escorregamentos generalizados.
LINHA DE FLUXO
N.A.
LINHA DE FLUXO
N.A.
(a) (b) Figura 8 – Linha de Fluxo: (a) visão passada das linhas de fluxo de água e (b) visão
atual das linhas de fluxo de água (FERREIRA, 2007).
b) Intemperismo
Segundo FERREIRA (2007) O processo de intemperismo provoca um
enfraquecimento gradual do solo pela remoção dos elementos solúveis constituintes
nos próprios minerais e pela dissolução dos elementos com função de cimentação
em solos. Em alguns casos este enfraquecimento causa a diminuição dos
parâmetros de resistência do solo, o ângulo de atrito e do intercepto de coesão. O
intemperismo está presente na natureza levando taludes estáveis a atingir um limite
crítico de equilíbrio, devido à diminuição dos parâmetros de resistência, podendo
ocorrer a ruptura. Pode ocorrer também a formação de zonas de materiais com
características de permeabilidade.
Como resultado típico de intemperismo, AUGUSTO FILHO e VIRGILI (1998)
in ROMERO (200), verificaram que se têm mantos de cobertura superficial de
grandes espessuras, com a formação de zonas de diferentes resistências,
permeabilidade e outras características que se relacionam diferentemente com os
mecanismos de escorregamentos e processos correlatos.
c) Cobertura Vegetal
FIORI e TABALIPA (2008) ressaltam a importância da vegetação na proteção
do solo e das encostas e que o desmatamento pode promover o surgimento de
áreas de risco e escorregamentos. Nesse sentido, GUIDICINI e NIEBLE (1983) in
FIORI e TABALIPA (2008) afirmam que existe um consenso generalizado de que as
florestas desempenham um papel importante na proteção do solo e de que o
desmatamento pode propiciar não somente o aparecimento da erosão, mas também
de movimentos coletivos de solos.
RODRIGUES (2002) in KOZCIAK (2005), apresenta os efeitos da vegetação
favoráveis à proteção das encostas.
1 – atuação sobre fatores hidrológicos e climáticos nos maciços naturais:
• intercepta e retém, ainda que temporariamente, parcela da água precipitada
nas partes aéreas (folhas, flores, galhos), evitando que atinja rapidamente a
superfície do terreno; ou seja, promove a diminuição do escoamento
superficial;
• elimina a água retida na forma de vapor, através da absorção e da
evapotranspiração, evitando que esse volume de água se infiltre no terreno;
• os detritos vegetais em continua acumulação na superfície do terreno
(serrapilheira), promovem a retenção e imobilização de parte da água que
alcança a superfície,diminuindo momentaneamente a infiltração, bem como o
refreamento do escoamento superficial em condições de máxima
pluviosidade.
2 – atuação sobre a mecânica dos movimentos de massa e erosões:
• obstrução e retenção de massas movimentadas à montante e a conseqüente
diminuição da área atingida pelos processos;
• raízes e troncos aumentam a rugosidade do terreno, diminuindo a velocidade
do escoamento superficial;
• o sistema radicular produz estruturação ou reforço do solo, aumentando sua
resistência ao cisalhamento; além disso, retêm as partículas do solo no
terreno, diminuindo a susceptibilidade a erosão;
• para raízes mais profundas, que atingem substratos mais resistentes, aparece
o efeito de ancoragem das camadas superficiais das encostas.
• A extração (ou absorção) de parcela da água disponível pelas raízes diminui o
teor de umidade, podendo reduzir a poro – pressão.
No entanto a vegetação também pode desempenhar um papel negativo no
índice de segurança das encostas. Situação que pode ser comprovada pelo estudo
realizado por FIORI e BORCHARDT (1997) in FIORI e TABALIPA (2008). Os
autores mostram que em situação de rajadas de vento de 90 Km/h, atuando no
sentido da inclinação da vertente, a presença de vegetação situada em solos
residuais, passa a contribuir negativamente na estabilidade de vertentes.
d) Ação Antrópica
O homem constitui o mais importante agente modificador da dinâmica das
encostas. O avanço das diversas formas de uso e ocupação, para áreas
naturalmente suscetíveis aos movimentos gravitacionais de massa, acelera e amplia
processos de instabilização.
Para KOZCIAK (2005) a evolução natural das encostas e os movimentos de
massa gravitacionais ocorrem em função dos fatores naturais. A atuação do homem
interfere no ritmo dessa evolução, acelerando e diminuindo-a conforme a interação
ocorrida.
CASSETI (1991) in KOZCIAK (2005) cita que, a partir do momento em que o
homem apropria-se de uma vertente, tendo-a como suporte ou recurso, o que se da
através dos desmatamentos, cortes e aterros, altera suas relações morfodinâmicas,
aumentado à ação dos processos erosivos.
2.2 – Análises de Estabilidade
De acordo com SOUZA (2000) in SILVA (2006), o que se pretende com uma
análise de estabilidade é determinar, quantitativamente, um índice ou uma grandeza
que sirva de base para uma melhor compreensão do comportamento e da
sensibilidade à ruptura de um talude ou encosta, devido aos agentes condicionantes
(poropressões, sobrecargas, geometria, etc.).
Segundo FERNANDES e SILVA FILHO (1998) existem vários métodos para
verificação da estabilidade de taludes, mas os procedimentos teóricos são
basicamente parecidos. A maioria deles baseia-se no equilíbrio das forças que atua
na base de uma superfície de escorregamento predeterminada.
2.2.1 – Tipos de Análises
Segundo DYMINSKI (2009) as técnicas de análise de estabilidade podem ser
divididas em dois grandes grupos: análise probabilística e análise determinística.
a) Análises Probabilísticas; Em geral as análises de probabilidade de ruptura de taludes consistem
primeiro em definir os dados para obter uma função de probabilidade representativa
(Normal, Log Normal) de cada parâmetro que representa uma incerteza na análise,
ou aqueles que influíam muito no resultado final. Logo as distribuições de
probabilidade dos parâmetros são integradas na análise de estabilidade para estimar
a distribuição de probabilidade do fator de segurança (FLORES, 2008). A Figura 9
mostra esquematicamente este conceito.
Figura 9 – Conceito de análise probabilística de estabilidade de taludes (FLORES,
2008).
Para FABRÍCIO (2006), quanto maior o número de incertezas consideradas
na análise probabilística, melhor será a qualidade do estudo. O índice de
confiabilidade também varia de acordo com o método determinístico escolhido para
a análise de estabilidade da obra geotécnica.
Tabela 2 – Importância da análise probabilística de estabilidade de taludes.
(DUNCAN, 2001 in FLORES, 2008).
Autor Benefícios de Análise de Probabilidade,
Confiabilidade.
Christian e Baecher
Fornece uma estrutura para estabelecer
apropriados fatores de segurança e dirige melhor a
um entendimento de relativa importância das
incertezas.
Ladd e Da Re
- Fornecer um método sistemático para avaliar
combinadas influencias de incertezas dos
parâmetros que afetam o fator de segurança.
- Fornecer um sistemático método de
determinação do grado de segurança, ao menos
em términos relativos.
Moriwaki e Barneich Quantifica a contribuição de todas as incertezas de
cada parâmetro.
Koutsoftas - Fornece uma ferramenta útil para avaliar o risco
associado com recomendações de desenho.
b) Análises Determinísticas; O objetivo da analise determinística de estabilidade é avaliar a possibilidade
de ocorrência de escorregamento de massa de solo presente em talude natural ou
construído. Em geral, as analises são realizadas comparando-se as tensões
cisalhantes mobilizadas com resistência ao cisalhamento, com isso, define-se um
fator de segurança FS.
Segundo SILVA (2006), na análise determinística calcula-se o Fator de
Segurança baseado num valor fixo de parâmetros de materiais componentes do
talude. Se o FS é maior que 1, o talude é considerado estável, caso contrário, o
talude é considerado instável ou susceptível à ruptura. O Fator de Segurança
determinístico é dado pela relação:
S
R
MMFS = (1)
Onde:
MR = Momento resistente ao deslizamento.
MS = Momento solicitante que tende a provocar o deslizamento.
E ainda:
( )',' φcFM R = (2)
Onde:
c’ = coesão efetiva do solo;
φ' = ângulo de atrito efetivo do solo
F = MS
O FSadm de um projeto corresponde a um valor mínimo a ser atingido e varia
em função do tipo de obra e vida útil. A definição do valor admissível para o fator de
segurança (FSadm) vai depender, entre outros fatores, das conseqüências de uma
eventual ruptura, em termos de perdas humanas e/ou econômicas. Deve-se
ressaltar que o valor de FSadm deve considerar não somente as condições atuais
do talude, mas também o uso futuro da área, preservando-se o talude contra cortes
na base, desmatamento, sobrecargas e infiltração excessiva.
Segundo FABRÍCIO (2006), os métodos determinísticos de análise de
estabilidade de taludes estão divididos, basicamente, em dois grupos: os que se
baseiam em análise de deslocamentos e os que se baseiam em estado de equilíbrio
limite. No primeiro grupo, destaca-se o método de elementos finitos no qual
poderosas técnicas numéricas são empregadas com o auxilio de um computador,
levando em consideração as relações tensão/deformação dos diversos materiais. O
segundo grupo pode ser dividido em três subgrupos: métodos que consideram a
massa rompida como um corpo único, formulando-se hipóteses sobre as tensões ao
longo das superfícies potenciais de ruptura; métodos que dividem essa massa
rompida em cunha e métodos que dividem essa massa rompida em fatias.
De acordo com FLORES (2008), muitos autores discutem o uso de análises
de estabilidade determinísticas já que sempre estão influenciadas pelo julgamento
do engenheiro e não fornecem nada além do valor de FS. Este valor não indica nada
sobre o funcionamento do talude ou os parâmetros com mais influência na
estabilidade.
As análises determinísticas envolvem os seguintes métodos:
I. Análise Limite
II. Análise Tensão x Deformação
III. Análise por Equilíbrio Limite
b.1) Análise Limite; O estudo de estabilidade baseado em análise limite está balizado no uso das
teorias de limite inferior e superior da teoria da plasticidade, em que se empregam
neste tipo de análise problemas como: definição do campo de tensões admissíveis
realísticos (limite inferior) e definição do modo de ruptura “a priori” realístico, ou seja,
a forma da superfície de ruptura (limite superior).
b.2) Análise Tensão x Deformação; Para a obtenção de diagnósticos de estabilidade baseados em análises
tensão x deformação se faz necessária o auxílio de programas computacionais, que
sejam fundamentados nos método dos elementos finitos (MEF) ou método das
diferenças finitas (MDF), sendo o MEF o mais usados entre os dois. A análise de
tensão x deformação nos permite estabelecer seções transversais de aterro sobre
argila mole, de grande interesse para realização de ensaios de laboratório; além da
região plastificada (área rompida), como também o campo de velocidade das
deformações sendo em muitos casos mais decisivo do que o FS.
b.3) Análise por Equilíbrio Limite; O método de análise por equilíbrio limite tem como objetivo encontrar a
superfície crítica de ruptura, ou seja, a que corresponde ao menor valor de FS.
Nesse tipo de análise assume-se a existência de uma superfície de ruptura bem
definida, em que a massa de solo ou rocha encontra-se em condições de extrusão
generalizada iminente. Em geral a teoria de Mohr-Coulomb é adotada como critério
de ruptura, o qual é satisfeito ao longo de toda a superfície provável de rompimento,
considerando o coeficiente de segurança constante e único ao longo da superfície
potencial de ruptura. Para perfis de solo quaisquer as análises por equilíbrio limite
englobam – se os chamados métodos de fatias os quais são divididos em métodos
simplificados e métodos rigorosos. Na Tabela 3, podemos verificar alguns dos
métodos simplificados e rigorosos, para perfis quaisquer, vale lembrar que existem
outros além destes.
Tabela 3 – Métodos de equilíbrio – limite, para perfis quaisquer.
MÉTODOS DAS FATIAS
MÉTODOS SIMPLIFICADOS MÉTODOS RIGOROSOS
1. Fellenius 1. Spencer
2. Bishop 2. Morgensten e Price
3. Janbu 3. GEL (Fredlund)
b.3.1) Métodos das Fatias; Este método consiste em dividir a superfície potencial de ruptura em fatias,
aplicando – se em cada umas delas as seguintes equações de equilíbrio:
Σ Forças horizontais = 0 (3)
Σ Forças verticais = 0 (4)
Σ Momentos = 0 (5) Supõe – se que a superfície potencial de ruptura, em seção transversal, é um
arco circular com centro O e raio r. A massa do solo acima de uma superfície
experimental de ruptura é dividida por planos verticais em uma série de fatias com
largura b, como mostra a Figura 10. Admite – se que a base de cada fatia é uma
linha reta. Para qualquer fatia a inclinação da base com a horizontal é α e a altura,
medida na linha central, é h. A análise está baseada no uso de um coeficiente de
segurança global (FS), definido como a relação entre a resistência ao cisalhamento
disponível (Μr) e a resistência ao cisalhamento (Μs) que deve ser mobilizada para
manter uma condição de equilíbrio no limite, i.e. equação 1. (CRAIG, 2007).
Segundo CRAIG (2007), admite – se o mesmo coeficiente de segurança para
todas as fatias, supondo que deve haver uma sustentação mútua entra as fatias, isto
é, deve haver forças entra as fatias.
As forças (por dimensão unitária normal à seção) que agem em uma fatia são:
W – Peso total da fatia w = γ.b.h. (γsat quando apropriado)
N – Força total sobre a base. Em geral, essa força tem dois componentes, a
força normal efetiva N’ e a força da água na borda U.
T – Resistência ao cisalhamento na base, T = τm.l
As forças normais totais nos lados, En e En+1.
As forças de cisalhamento nos lados, Xn e Xn+1.
Aplicando as Equações 3, 4 e 5, encontra – se um sistema no qual o número
de incógnitas é maior do que o número de equações, tornando o problema
estaticamente indeterminado. Para solucionar o problema, algumas hipóteses
simplificadoras são necessárias. Estas hipóteses simplificadoras é que diferem os
diversos métodos, caracterizando – os como menos ou mais conservadores.
A seguir serão apresentados alguns dos métodos de fatias mais utilizados nas
análises de estabilidade geotécnica.
Figura 10 – Método das Fatias: a) Superfície experimental de ruptura b) Esforços
presente na fatia n. (FEUERJ, 2008).
MOROTE (2006) conclui que o fator de segurança cresce quando a força
pseudo-estática é aplicada acima do centro de gravidade da fatia. Esta redução se
verifica porque em método de equilíbrio limite baseado nas equações de momentos,
como no método de Bishop Simplificado (1955), ocorre um decréscimo do momento
devido ao menor braço de alavanca da força pseudo - estática em relação ao centro
de rotação (é evidente que o ponto de aplicação da força pseudo-estática não tem
nenhuma influência se o método de equilíbrio limite empregado envolver apenas
equilíbrio de forças). 2.3 – Métodos de Análise de Estabilidade
Diferentes métodos de estabilidade que são fundamentados no método de
equilíbrio limite, mais precisamente os que utilizam o método das fatias em suas
teorias serão apresentadas a seguir. Esses métodos baseiam-se na hipótese de
haver equilíbrio numa massa de solo, considerada um corpo rígido plástico, estando
a mesma na eminência de entrar em um processo de escoamento (MASSAD, 2003
in KOZCIAK, 2005). A teoria considera que as forças que tendem a induzir à ruptura
ou o movimento, são balanceados pelas forças resistentes.
2.3.1 – Método de Fellenius (1927)
Este método admite uma superfície de ruptura circular e o fator de segurança
do talude é calculado unicamente através de equilíbrio de momentos, não levando
em consideração as forças tangenciais e normais às paredes das fatias (Figura 11).
É um método muito simples, mas muito conservador e erros apreciáveis podem
ocorrer, em particular, em casos de círculos profundos e poropressões elevadas
(FABRÍCIO, 2006).
Nesta solução admite-se que para cada fatia a resultante das forças na
interface é zero. A solução exige que sejam calculadas as forças normais à base em
cada fatia, i.e.,
∑∑+
=α
φWsen
NtgLacF
''' (6)
ulWN −= αcos' (7)
Daí, o coeficiente de segurança em termos de tensões efetivas.
( )
∑∑ −+
=α
αφWsen
ulWtgLacF
cos'' (8)
Onde:
c’ e φ' = coesão e ângulo de atrito para o centro da base da fatia
W = peso da fatia
α = inclinação da base da fatia
u = poropressão no centro da base da fatia
l = comprimento da base da fatia
La = Comprimento do arco de curvatura
CRAIG (2007) comenta que as componentes W cosα e W senα podem ser
determinados graficamente para cada fatia. Alternativamente, o valor de α pode ser
medido ou calculado. CRAIG (2007) sugere – se que se faça uma série de
superfícies experimentais de ruptura para que seja obtido o coeficiente de segurança
mínimo. Essa solução subestima o coeficiente de segurança: o erro comparado com
métodos mais precisos de análise está normalmente dentro do intervalo 5 – 20%.
Quando φ = 0, o método produz fatores de segurança com valores próximos
aos dos métodos mais rigorosos (USACE, 2003 in TONUS, 2009).
Figura 11 – Forças atuantes em uma fatia pelo Método de Fellenius (FABRÍCIO,
2006).
2.3.2 – Método de Bishop Simplificado (1955)
FABRÍCIO (2006) cita que o método de Bishop Simplificado, da mesma forma
que o Fellenius, considera a superfície de ruptura como forma circular. Tem como
hipóteses que a resultante das forças entre as fatias é horizontal. Partindo da
equação 9, acrescenta – se a equação que impõe o equilíbrio das forças verticais.
Já que na metodologia de Bishop faz-se o equilíbrio de forças em cada fatia na
direção vertical à superfície de ruptura.
Esta hipótese equivale a desprezar as parcelas de esforço horizontal entre as
lamelas. Dessa forma a equação geral chega-se a:
( )[ ]
−+∑
∑=
αφ
α mtgubWbc
WsenFS 1''1
(9)
Considerando o valor de mα como sendo o da fórmula abaixo:
×+
=FSi
tgtgm '1cos φααα (10)
Onde:
c’ e φ' = coesão e ângulo de atrito para o centro da base da fatia
W = peso da fatia
α = inclinação da base da fatia
u = poropressão no centro da base da fatia
b = comprimento da base da fatia
FSi = Fator de segurança arbitrário
O esquema das forças atuantes em uma fatia qualquer é apresentado na
Figura 12.
A solução do método é iterativa, visto que FS aparece em ambos os lados da
equação. Para tal, arbitra-se um valor de FSi e checa-se o valor fornecido pela
expressão. Em geral, usa-se o FS obtido por Fellenius como 1ª aproximação.
Devido à natureza repetitiva dos cálculos e à necessidade de selecionar um
número adequado de superfícies de ruptura experimentais, o método das fatias é
particularmente apropriado para soluções computacionais, (CRAIG, 2007).
CRAIG (2007) afirma ainda que na maioria de problemas o valor da taxa de
pressão neutra ru não é constante ao longo de toda a superfície de ruptura, mas, a
menos que haja regiões isoladas da pressão neutra elevada, usa-se normalmente
um valor médio no projeto. Mais uma vez, o coeficiente de segurança determinada
por esse método é subestimado, mas é improvável que o erro seja maior do que 7%
e, na maioria de casos, é menor do que 2%. Por este motivo o método de Bishop
Simplificado e fortemente recomendado para, para uma análise de ruptura circular.
Figura 12 – Forças atuantes em uma fatia pelo Método de Bishop Simplificado
(MASSAD, 2003 in TONUS, 2009).
WHITMAN e BAILEY (1967) e WRIGHT (1975) apud FABRÍCIO (2006), entre
outros, registram a ocorrências de um problema no método de Bishop Simplificado
quando a superfície de ruptura apresenta uma inclinação acentuada próxima ao pé
do talude, especialmente, na utilização de círculos de ruptura profundos.
2.3.3 – Método de Sarma (1973)
O método de Sarma representou uma mudança de filosofia em relação aos
métodos das fatias então existentes para cálculo de fatores de segurança no
contexto de problemas dinâmicos. Em vez de determinar o fator de segurança
pseudo-estático como uma razão entre forças resistentes e atuantes (ou entre
momentos resistentes e atuantes), procura calcular a aceleração horizontal
necessária para trazer a massa de solo delimitada pela superfície potencial de
ruptura a um estado de equilíbrio limite. O valor desta aceleração crítica, ou de
escoamento, representa uma medida do fator de segurança pseudo-estático do
talude em relação à aceleração máxima de projeto. A superfície potencial de ruptura
pode ser de forma qualquer (MOROTE, 2006).
Segundo FABRÍCIO, (2006) este método é tão rigoroso quanto a outros
métodos considerados ríspido e a força sísmica KWi pode ser levada em
consideração para simulação de terremotos. O fator de segurança é calculado
através de equilíbrio de forças e momentos, podendo ser resolvido com o auxilio de
apenas uma calculadora.
Onde:
Wi = peso da massa
K = fator característico horizontal 2.3.4 – Método Sueco (1916)
(Método de Petterson)
O uso de diversos métodos de campo e de laboratório eram discutidos. Ainda
mais, uma comissão especial para portos foi fundada em Gotemburgo 1916 para
atender os escorregamentos de várias cais. O escorregamento do cais Stigberg no
porto de Gotemburgo em Março de 1916 foi analisado por Sven Hultin e Knut
Petterson, resultando no desenvolvimento do método do "Circulo de Ruptura Sueco"
(NILSSON, 2001).
O método sueco considera as superfícies de deslizamento cilíndrica, tendo
por diretriz um arco de circunferência, visto na Figura 13.
Figura 13 – Superfície de Ruptura pelo Método de Sueco ou Petterson
O coeficiente de segurança é calculado tomando – se os momentos das
forças estabilizadoras e instabilizadoras. Através da Equação 11, pode – se obter o
valor deste coeficiente de segurança.
50,1≥=∫Pe
dLcFS
D
B (11)
2.4 – Histórico de Acidentes
CRAIG (2007) cita dois escorregamentos de grandes proporções. O de Saint
Goldau, na Suíça, em que uma enorme massa rochosa, de 30m de altura e 1500m
de comprimento, deslizou através da encosta arrasando uma aldeia. O outro, foi o
Gross Ventre Valley ás margens de Snake River, no estado de Wyoming, U.S.A.,
onde em poucos minutos uma massa estimada em 50 milhões de metros cúbicos
escorregou dando origem a uma barragem natural de 60m de altura.
No Brasil, citam-se os freqüentes acidentes que tiveram lugar, nos primeiros
trimestres de 1966 e 1967, nas encostas do Rio de Janeiro e trechos de nossas
principais rodovias, bem como o deslizamento, de agosto de 1972, ocorrido na
localidade de Vila Albertina, em Campos do Jordão (SP), provocando mortes e
grandes prejuízos materiais.
No final de novembro de 2008, fortes chuvas que se incidiram em Santa
Catarina provocaram vários deslizamentos de encostas provocando 135 mortes e
milhares de desabrigados em 59 municípios daquele Estado. O desastre teve como
causas principais uma excepcional precipitação de chuvas, especialmente entre os
dias 20 e 23 de novembro, quando cerca de 750 mm foram registrados em certas
estações de medição. Antes disso a região assistiu a chuvas praticamente contínuas
durante três meses. A combinação desses dois eventos pluviométricos foi
fundamental para a ocorrência dos deslizamentos. A excessiva concentração de
chuvas em alguns poucos dias, antecedida por um período longo de precipitações,
provocou o deslizamento de milhares de cortes de terreno e de encostas naturais e
ainda uma enchente muito rápida e de grandes proporções. Nas áreas urbanas
foram registrados milhares de escorregamentos com danos e destruição de
residências e infra-estrutura pública e privada;
Segundo HERRMANN et al. (2004), no período de 1980 a 2003 de acordo
com o Relatório de Avaliação de Danos do Departamento Estadual de Defesa Civil
de Santa Catarina – AVADAN / DEDC – SC, ocorreram no estado um total de 140
ocorrências de escorregamentos de massa, conforme se verifica na Figura 14.
Figura 14 – Municípios catarinenses com maior número de registros de
escorregamentos nos AVADANs durante o período de 1980 a 2003. (HERRMANN et
al., 2004).
Um outro caso bastante apreciável é o de Ouro Preto em que fortes chuvas
de dezembro de 1978 a fevereiro de 1979 fizeram com que fosse deflagrada uma
série de escorregamentos em Ouro Preto; o pior e maior deles ocorreu na Vila São
José, onde sua encosta foi atingida por fendas em toda sua extensão Figura 15,
culminando em deslocar um volume de aproximadamente 100.000m3 de material. O
escorregamento se deu no xisto do Grupo Sabará e foi causado pela erosão da
encosta, onde aflorava o quartzito Taboões bem alterado e friável (SOBREIRA et al.,
1990 in FERREIRA, et al., 2004).
Figura 15 – Detalhe de fenda observada na encosta. (FERREIRA, et al., 2004)
3 – LOCALIZAÇÃO E ASPECTOS GERAIS DAS ÁREAS EM ESTUDO 3.1 – Localização do Município de Barcarena
O municipio de Barcarena está localizado na chamada Região Metropolitana
de Belém, às margens da Baía de Guajará, no estado do Pará, a 120Km da capital,
latitude de 01°30’21” sul e longitude de 48°37’33” oeste, estando a uma altitude de
15 metros em relação ao nivel do mar. Segundo o IBGE, sua população está
estimada em 92.567 habitantes (estimativa do ano 2009), sendo 1.310,325Km² a
sua área de extensão. A Figura 16, apresenta a localização do municipio de
Barcarena.
Figura 16 – Localização do Município de Barcarena
3.1.1 – Área investigada
A área estudada esta localizada nas coordenadas S01º35’43,3’’/
W048º37’23,3’’, no município de Barcarena, onde sobre a crista desse talude
encontra-se a Torre 29 LT VC/GM da ELETRONORTE, como pode ser visto na
Figura 17 e Figura 18. (MAIA, 2008)
Figura 17 – Visão panorâmica do talude com a Torre 29 LT VC/GM, sobre sua crista
(MAIA, 2008).
Figura 18 – Processo erosivo na base da Torre 29 LT VC/GM, (MAIA, 2008).
3.1.2 – Geologia Local
Segundo SEICOM (1999) in MATTA (2007), superficialmente a geologia da
área estudada é composta por sedimentos aluvionares do quaternário, sedimentos
Pós-Barreira e Barreiras.
O Grupo Barreiras ocupa a maior parte da geologia do município de
Barcarena, contendo argilas, silte e areia fina podendo apresentar leitos de areias e
conglomerados. Ocorrem ainda arenitos ferruginosos “Grés do Pará” e níveis
conglomeráticos quartzosos.
MATTA (2007) mostra que, os sedimentos Pós-Barreiras que são argilo-
arenosos, de cor geralmente amarela e avermelhada nas porções inferiores, com
pouca ou nenhuma estrutura primária. Ocorrem na porção norte e nordeste de
Barcarena, nas Ilhas Trambioca, das Onças e do Arapari.
Os sedimentos aluvionares estão distribuídos nas zonas de praias e
estirâncios, além de domínios das várzeas, igarapés e furos (drenagem de ligação
entre dois rios). São caracterizados por sedimentos compostos de argilas brancas e
avermelhadas e areia branca inconsolidada de granulação fina a média (MATTA,
2007). 3.1.3 – Clima
O clima da área em estudo é quente e super úmido, apresentando
temperatura média de 27ºC. Devido à posição geográfica, Barcarena pertence à
categoria climática “equatorial úmido” do tipo Af, pela classificação de Koppen.
A região de Barcarena, no período entre 1999 e 2001, mostrou ser
caracterizada por um período chuvoso, que ocorre entre os meses de dezembro a
maio e um de menos chuva, entre junho e novembro, ALBRAS (2002) in MATTA
(2007). 3.2 – Localização do Município de Maracanã
O município de Maracanã pertence à Mesorregião Nordeste do estado do
Pará, e a Microrregião do Salgado. Fundado em 1755, a sede municipal localiza-se
nas coordenadas geográficas: latitude 00º46’03’’ sul e a uma longitude 47º27’12’’
oeste, estando a uma altitude de 45 metros. Sua população estimada no ultimo
senso de 2009 é de 29.417 habitantes, tendo uma área de extensão de 780,724
km², (Figura 19).
Figura 19 – Localização do Município de Maracanã
3.2.1 – Área investigada A área investigada localiza – se na porção sudoeste da orla de Maracanã, que
apresenta cerca de 1,6km de extensão, onde existe um talude com altura variada de
entre 6m a 17m, com inclinação média de 85º e com cerca de 120m de extensão,
(PACHECO e MARQUES, 2008).
Figura 20 – Visão panorâmica do talude investigado (PACHECO e MARQUES,
2008).
3.2.2 – Geologia Local
De acordo com PACHECO e MARQUES (2008), a estrutura geológica desse
município é similar à de toda região bragantina, com a dominância dos sedimentos
Terciários da Formação Barreiras (terra firme), principalmente no interior do
município, e por sedimentos inconsolidados do Quaternário Subatual e Recente
(sedimentação fluvio – marinha), localizados na sua porção setentrional, no estuário
do rio Maracanã.
3.2.3 – Clima
Neste Município o clima está classificado, segundo Kôppen, como do tipo Am.
Possui temperatura elevada, típicas de clima equatorial amazônico, com média de
27ºC, porém, com pequena amplitude térmica, face às condições de localização do
Município na região do Salgado, beneficiada pelos ventos do mar.
As precipitações estão em torno de 2.000 mm/ano, com maior índice de
chuva nos meses de fevereiro a abril. A disponibilidade hídrica, também se revela
maior em fevereiro a abril, e a menor, nos meses de setembro e outubro (PACHECO
e MARQUES, 2008).
4 – METODOLOGIA
A metodologia empregada para atender os objetivos de estudo, esteve
fundamentada na análise por equilíbrio limite, mais precisamente nos métodos de
Fellenius, Bishop e Petterson, que utilizam em suas teorias o método das fatias.
Os parâmetros geotécnicos necessários para a realização de uma análise de
estabilidade foram obtidos, através de informações coletadas em monografias,
catalogadas a estudos geotécnicos dos taludes de Barcarena e Maracanã, na qual
estão sendo analisadas as suas condições de estabilidade nesta monografia.
As obtenções dos fatores de segurança global foram realizadas através de
processos analíticos seguindo as formulações dos métodos de análises de Fellenius
e Bishop. Além disso, realizamos análise computacional, utilizando os programas
Geo4 – Stabilty of Slopes e GawacWin, para comparação dos resultados.
4.1 – Obtenção dos parâmetros geotécnicos
Levando – se em consideração a importância de dados geotécnicos, para o
desenvolvimento das análises de estabilidade a serem realizadas para os taludes de
Barcarena e Maracanã, elaboramos um apanhado das informações pertinentes ao
nosso trabalho, fazendo uma abordagem dos resultados de estudos geotécnicos já
realizados na área de localização destes taludes.
As características geotécnicas apresentada pelo solo da região, onde se
encontra o talude escolhido para a análise de estabilidade, na cidade de Barcarena,
foram obtidas através de observação realizadas na monografia de MAIA (2008). E
através do trabalho desenvolvido por PACHECO e MARQUES (2008) obtivemos as
características do solo da área de estudo do talude da cidade de Maracanã.
4.2 – Análises de estabilidade 4.2.1 – Avaliação dos métodos de análise
Para que houvesse uma amostra significativa de avaliação dos métodos de
Fellenius e Bishop Simplificado foram elaborados 12 (doze) prováveis superfície de
ruptura (linha crítica), sendo 6 (seis) para o talude de Barcarena e 6 (seis) para o de
Maracanã, as mesmas foram denominadas de Superfícies de Ruptura Experimentais
(SRE). Na elaboração destas SREs, usou – se como auxilio o programa de desenho
gráfico AUTOCAD 2009. A partir de então procedeu - se a obtenção dos coeficientes
de segurança global (FS) para cada uma das SREs, através de processos analíticos
baseados nas formulações teóricas dos métodos citados acima.
Como na metodologia de Bishop, FS aparece em ambos os lados da Equação
9, tomou-se como 1ª aproximação (1ªA) o FS obtido na metodologia de Fellenius, e
em seguinte foram sendo realizadas outras aproximações até que se encontrou um
valor de FS mais próximo do FS1 arbitrado. Já no processo de Fellenius isto não foi
necessário, sendo o FS obtido diretamente da Equação 8.
Superfícies
a) Elaboração das SREs do Talude da Cidade de Barcarena
As SREs do talude estudado em Barcarena, foram elaboradas com 3m de
comprimento e 3m de altura (profundidade do talude tendo como referência os pés
da Torre 29). A nomeação SRE 1, SRE 2, SRE 3, SRE 4, SRE 5, SRE 6, foi a
melhor forma de identificação das Superfícies de Ruptura Experimentais elaboradas
para a análise deste taludes, como mostrado nas Figura 21 a Figura 26.
Figura 21 – Superfície de Ruptura Experimental 1.
Figura 22 – Superfície de Ruptura Experimental 2.
Figura 23 – Superfície de Ruptura Experimental 3.
Figura 24 – Superfície de Ruptura Experimental 4.
Figura 25 – Superfície de Ruptura Experimental 5.
Figura 26 – Superfície de Ruptura Experimental 6.
b) Elaboração das SREs do Talude da Cidade de Maracanã
O talude de Maracanã apresenta uma inclinação elevada (i = 85º), sendo as
SREs deste talude nomeadas SRE 7, SRE 8, SRE 9, SRE 10, SRE 11, SRE 12.
Considerou – se para determinação das dimensões destas SREs, meado do perfil
longitudinal da encosta, ou seja, as medidas de comprimentos e altura deu – se a
60m do marco inicial (ver Figura 27), sendo portanto as SREs elaboradas com
1,25m de comprimento por 14,5m de altura, as mesmas podem ser observadas nas
Figuras 28 a Figura 33.
Figura 27 – Detalhe da altura tomada para ser utilizada na SREs do Talude de
Maracanã (Modificado de Pacheco e Marques, 2008).
Figura 28 – Superfície de Ruptura Experimental 7.
Figura 29 – Superfície de Ruptura Experimental 8.
Figura 30 – Superfície de Ruptura Experimental 9.
Figura 31 – Superfície de Ruptura Experimental 10.
Figura 32 – Superfície de Ruptura Experimental 11.
Figura 33 – Superfície de Ruptura Experimental 12.
4.2.2 – Utilização de programas computacionais de análise a) GawacWin 1.0 O programa GawacWin 1.0 é um sistema de análise de estabilidade de
murros de arrimo de gabiões sujeitos as mais diversas situações. Os métodos
utilizados nos cálculos fazem referência ao “Equilíbrio Limite”, as teorias de Rankine,
Coulomb, Meyerhof, Hensen, além de Bishop Simplificado. O programa leva em
consideração as características mecânicas dos gabiões, produzidas pelo grupo
MACCAFERRI.
Para a obtenção dos fatores de segurança através do uso dessa ferramenta
computacional, é necessário que seja colocado um muro gabião no pé talude, uma
vez que não se torna possível a realização de uma análise de estabilidade por este
programa sem a utilização de um muro gabião. Dessa forma para não
influenciarmos nos resultados fizemos a utilização de um muro gabião de pequena
proporção no pé talude das SREs estudadas, Essa proteção, foi utilizada com duas
camadas, sendo a primeira composta de um muro de 5cm de comprimento por 5cm
de altura, já a segunda possuirá dimensões de 3cm de comprimento por 5cm de
altura, havendo um deslocamento de 2cm da direita para a esquerda. O muro de
gabiões utilizado foi o do tipo caixa com malha de 8x10 e diâmetro do arame de
2,7mm. Além disso, determinamos um percentual de 30% para ser considerado na
porosidade dos gabiões, deliberamos também que seria utilizado seixo rolado com
peso especifico de 23 KN/m³ como material de enchimento do muro. As SREs com
murro gabião foram analisadas, desconsiderando qualquer tipo de carga em cima do
murro, obtendo-se no final das análises os fatores de segurança de cada SREs
analisadas.
b) Stabilty of Slopes No software Geo4 – Stabilty of Slopes, para se analisar a estabilidade de
talude e encosta o programa assume duas superfícies de deslizamento, que são:
superfície poligonal e circular. Nas análises por superfície de deslizamento poligonal,
o programa utiliza em sua interfase a metodologia de Sarma (1973), enquanto que
nas análises de superfícies circulares o mesmo se basea nas metodologias de
Bishop (1955) e Petterson (1916).
Para a realização das análises por intermédio desse software, foram inseridos
na interface do programa os dados (centro e raio de curvatura) compreendidos nas
SREs apresentadas anteriormente, baseando-se somente nas análises de
superfícies de deslizamento circulares.
Através da análise realizada com o Stabilty of Slopes, foi possível a
elaboração de comparativos dos resultados dos fatores de segurança global das
análises teóricas para as 12 SREs dos taludes em estudo, com os resultados
obtidos nas análises realizadas por este programa específico de análise de
estabilidade.
5 – CARACTERIZAÇÃO GEOTÉCNICA DOS LOCAIS 5.1 – Talude do Município de Barcarena
5.1.1 - Sondagens
Segundo MAIA (2008), foram realizadas duas sondagens próximas aos pés
da Torre 29 LT VC/GM da ELETRONORTE, que se localiza sobre o talude (Figura
34). De acordo com o laudo de sondagem (ver Figura 35), tornou-se possível
identificar que o perfil de solo é composto por um silte – arenoso variando de fofo a
pouco compacto até 3,30m de profundidade, seguido de uma areia variando de
média a compacta até 8,00m de penetração.
Figura 34 – Torre 29 LT VC/GM (MAIA, 2008).
Figura 35 – Laudo de sondagem da Torre 29 LT VC/GM da ELETRONORTE (MAIA,
2008)
5.1.2 – Ensaios de Laboratório MAIA (2008) realizou ensaios de cisalhamento direto em três amostras
indeformadas retiradas do local, que forneceram valores de peso específico, ângulo
de atrito e coesão do solo, a serem utilizados na avaliação da estabilidade do talude.
A Tabela 4 mostra os valores de peso especifico e ângulo de atrito para cada
amostra. A coesão obtida foi nula.
Tabela 4 – Valores de peso específico e ângulo de atrito para cada amostra (MAIA,
2008).
Amostra 1 Amostra 2 Amostra 3 Média
γnat (g/cm3) 1,55 1,40 1,49 ≈ 1,50
φ' (º) 29 30 33 ≈ 30
Portanto consideramos no nosso estudo, os valores médios das amostras da
Tabela 4 acima, para serem utilizados na análise teórica como também na análise
computacional. A Figura 36 abaixo mostra o exemplo de uma envoltória de
resistência obtida por MAIA (2008) para a amostra 03.
Ensaio de Cisalhamento Direto (Amostra 03 - de 1,5m a 1,8m)
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1,4
0 0,5 1 1,5 2 2,5
Tensão Normal (kgf/cm²)
Tens
ão C
isalh
ante
máx
ima (
kgf/c
m²)
Figura 36 – Exemplo de uma envoltória de resistência observada na amostra de solo
3 (MAIA, 2008).
5.2 – Talude do Município de Maracanã 5.2.1 – Ensaios de Laboratório
PACHECO e MARQUES (2008) realizaram ensaios de sedimentação para a
identificação do solo onde encontrava – se o talude de Maracanã. Para a realização
desses ensaios PACHECO e MARQUES (2008), retiraram um bloco prismático
indeformado, com 30x30x30cm de dimensões, de um local no talude localizado a
uma altura de 1,5m em relação ao nível natural do terreno e cerca de 1,5m na
direção do interior. Para realização dos ensaios os autores utilizaram 100g de solo
do bloco prismático indeformado. Na Figura 31 é possível observar o local de
amostragem.
Figura 37 – Detalhe do local de amostragem: (a) fotos do local; (b) desenho
esquemático da locação. (PACHECO e MARQUES, 2008).
A Tabela 5 mostra os resultados dos ensaios de sedimentação de PACHECO
e MARQUES (2008), que identificaram que o solo predominante desta região de
estudo é composto de um solo fino, classificado como argiloso (49,28%), possuindo
também um percentual considerável de areia (39,00%), além de certa quantidade de
silte (11,72%).
Tabela 5 – Frações resultantes do ensaio de sedimentação (PACHECO e
MARQUES, 2008).
Descrição %
Argila 49,28
Areia 39,00
Silte 11,72
Os valores de peso específicos, ângulo de atrito e coesão do solo de
Maracanã (Tabela 6), foram obtidos por PACHECO e MARQUES (2008), através de
ensaios realizados no laboratório da Faculdade Ideal. O ângulo de atrito e coesão do
solo foram obtidos através de ensaio de cisalhamento direto e foram utilizados nas
análises de estabilidade do talude de Maracanã.
Tabela 6 – Valores de peso específico, ângulo de atrito e coesão do solo de
Maracanã (PACHECO e MARQUES, 2008).
Parâmetros Valores
γnat (g/cm3) 2,00
φ' (º) 33,12
c’ (KN/m²) 27
6 - RESULTADOS 6.1 – Análise de estabilidade do Talude de Barcarena
Nessa seção serão apresentados os resultados dos fatores de segurança do
talude de Barcarena, obtidos nas análises analíticas, como também os da análise
computacional, através dos programas GawacWin e Geo4 – Stabilty of Slopes, os
mesmos podem ser observados através da Tabela 7.
As Superfícies de Ruptura Experimentais (SRE) apresentam 3,00 de
profundidade levando-se em consideração o marco zero sendo os pés da Torre 29,
portanto fica expressamente definido que as SRE aqui estudadas possuem uma
única camada de solo, senda esta camada composta de silte – arenoso. Através do
laudo de sondagem mostrado na Figura 35, é possível definir que o nível de água
está muito abaixo das SRE.
Na Figura 38, podemos fazer uma comparação entre os métodos utilizados na
pesquisa. Nela podemos identificar que os valores de FS obtidos na metodologia de
Fellenius da análise analítica com o FS de Petterson do Geo4 - Stabilty of Slopes,
não apresentam muitas diferenças nos resultados, o mesmo acontece quando
analisamos os fatores de segurança de Bishop Simplificado da análise analítica com
os resultados de Bishop Simplificado do Geo4 - Stabilty of Slopes, nos revelando
que o referido programa apresenta valores coincidentes com a análise analítica. Já o
programa GawacWin 1.0 nos apresentou resultados bastante diferentes dos
apresentados pelo método analítico e pelo programa Geo4 - Stabilty of Slopes, nos
levando a desconsiderar os resultados obtidos por este programa.
Tabela 7 – Fatores de Segurança das SREs do Talude de Barcarena
Fatores de Segurança (FS)
Processo Analítico GawacWin
1.0 Geo4 – Stabilty of Slopes
Fellenius Bishop
Simplificado¹
Bishop
Simplificado² Petterson
Bishop
Simplificado³
SRE 1 1,37 1,60 1,67 1,38 1,62
SRE 2 1,58 1,90 1,21 1,61 1,95
SRE 3 1,61 1,92 1,78 1,61 1,94
SRE 4 1,78 2,13 1,34 1,76 2,16
SRE 5 1,41 1,62 1,70 1,42 1,62
SRE 6 1,53 1,71 1,55 1,52 1,72
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
Fato
r de
Seg
uran
ça
FelleniusBishop Simplificado¹Bishop Simplificado²Petterson Bishop Simplificado³
SER-2SER-1 SER-3 SER-4 SER-5 SER-6
Figura 38 – Gráfico comparativo dos Métodos utilizados para obter o FS do Talude
de Barcarena.
6.2 - Análise de estabilidade do Talude de Maracanã. O talude de Maracanã apresenta uma inclinação de 85°, o que invibializou a
realização da analise pelo programa GawacWin, visto que, o programa não aceitava
a inserção dos dados das superfícies de rupturas experimentais com essa
inclinação.
No entanto foram realizadas as análises analíticas e computacionais do
programa Geo4 - Stabilty of Slopes, sendo que os resultados dessas análises estão
apresentados na Tabela 8.
A partir da caracterização geotécnica realizada por PACHECO e MARQUES
(2008), considerou-se o solo da superfície de ruptura do local como argiloso.
Através da Figura 39, podemos identificar que assim como nas análises do
talude de Barcarena, os resultados obtidos para este talude não apresenta muitas
diferenças, independente da metodologia adotada. Sendo novamente apresentados
valores bem próximos para as duas metodologias que faz uso do método de Bishop
Simplificado, como também para o método de Fellenius e Petterson. Mostrando-nos
a confiabilidade dos resultados obtidos.
Tabela 8 – Fatores de Segurança das SREs do Talude de Maracanã
Fatores de Segurança (FS)
Processo Analítico Stabilty of Slopes
Fellenius Bishop
Simplificado Petterson
Bishop
Simplificado
SRE 7 1,59 1,66 1,65 1,74
SRE 8 1,37 1,38 1,42* 1,45*
SRE 9 1,27 1,19 1,32* 1,28*
SRE 10 2,03 2,23 2,03 2,25
SRE 11 1,28 1,29 1,28 1,30
SRE 12 1,35 1,34 1,39 1,40
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
Fato
res
de S
egur
ança
FelleniusBishop Simplificado¹Petterson Bishop Simplificado³
SER-2SER-1 SER-3 SER-4 SER-5 SER-6
Figura 39 – Gráfico comparativo dos Métodos utilizados para obter o FS do Talude
de Maracanã.
7 – CONSIDERAÇÃO FINAIS
7 .1 – Conclusões
Os resultados das análises de estabilidade demonstraram que, os dois
taludes naturais analisados neste trabalho não apresentaram instabilidade de
massa, uma vez que os fatores de segurança obtidos apresentaram valores
superiores a 1 (FS>1).
Um dos fatores que explica a estabilidade do talude de Barcarena é dada pelo
fato de que o mesmo apresenta pequena inclinação (i=45º), não gerando um
escorregamento de massa circular. Porém, o mesmo vem sofrendo um processo
erosivo por escoamento superficial que vem comprometendo sua estabilidade, o que
requer uma obra de contenção para este processo de erosão.
Apesar do talude de Maracanã apresentar uma inclinação elevada (i=85º) a
estabilidade obtida pelas análises pode ser explicada pelos altos valores de coesão
(27 KPa) e ângulo de atrito (33,12º) do solo argiloso do local, porém, vale ressaltar
que não tínhamos uma sondagem do local para identificarmos o nível de água, o
que alteraria os resultados caso houvesse uma pressão neutra a ser considerada,
que diminuiria os valores dos fatores de segurança obtidos para este talude. Os
movimentos de massa verificados no local são típicos do tipo queda de blocos,
descritos no item 2.1.1 do Capítulo 2, e decorrentes da erosão hídrica provocada
pela força da maré.
Observou-se neste trabalho que as metodologias de Bishop Simplificado,
Fellenius e Petterson são bem aplicáveis nos dois casos e apresentaram resultados
semelhantes.
O programa GawacWin não possui uma boa interface para utilização além de
apresentar resultados discrepantes das metodologias analíticas, já o programa Geo4
- Stabilty of Slopes mostrou-se de fácil aplicação e seus resultados foram
condizentes com as análises analíticas.
Para situações práticas é aconselhável que FS seja maior que 1,5, e como
algumas superfícies de rupturas experimentais, mais precisamente SERs do talude
de Maracanã apresentaram fatores de segurança inferiores a 1,5, torna-se
importante voltar-se a atenção para este talude e desenvolver projeto de contenção
para o mesmo.
7.2 – Sugestões
Sugere-se para trabalhos futuros a realização de um novo estudo de análise
de estabilidade para o talude de Maracanã, após a realização de sondagens SPT no
local.
REFERÊNCIAIS
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de Geotecnia”, Soc. Port. Geotecnia, Lisboa, Vol. 1, pp. 29-38, 2006.
BAUTISTA, Leonardo Erik Chávez. Influência das Tensões de Origem Térmica em Problemas de Estabilidade de Blocos Rochosos. Dissertação de Mestrado,
(Pós – Graduação em Engenharia Civil), Pontifícia Universidade Católica do Rio de
Janeiro, Rio de Janeiro – RJ, 2007.
BEVILAQUA, Fernanda Ziegler. Estudo do Comportamento Geomecânico de Solos Residuais de Granito de Florianópolis, 67 F. Dissertação de Mestrado,
(Pós – Graduação em Engenharia Civil), Universidade Federal de Santa Catarina,
Florianópolis – SC, 2004.
CRAIG, R. F. Mecânica dos Solos, LTC, Rio de Janeiro – RJ, 2007.
DIAS, Fernando Peres; HERRMANN, Maria Lúcia de Paula. Análise da Susceptibilidade a Deslizamentos no Bairro Saco Grande, Florianópolis – SC, Revista Universitária Rural, Série Ciências Exatas e da Terra, Vol. 21 (1): 91 – 104,
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DYMINSKI, Andrea Sell. Estabilidade de Taludes, Notas de Aula, Universidade
Federal do Paraná, Curitiba – PR, 2009.
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ANEXOS
1 - Memorial de Cálculo dos Fatores de Segurança das Superfícies de Ruptura Experimentais pelos métodos de Fellenius e Bishop Simplificado.
SRE – 1 (Talude do Município de Barcarena) Método de Fellenius
FS = 74,05/53,94 = 1,37 Método de Bishop Simplificado
FS1 (Fellenius) = 1,37 FS2 = 85,23/53,94 = 1,58 ∆ = FS2 - FS1 = 0,21 (alto) FS3 = 87,03/53,94 = 1,61 ∆ = FS3 – FS2 = 0,03 (ok)
FS = 1,37
FS = 1,60
SRE – 2 (Talude do Município de Barcarena)
Método de Fellenius
FS = 121,90/77,05 = 1,58 Método de Bishop Simplificado
FS1 (Fellenius) = 1,58 FS2 = 144,71/77,05 = 1,88 ∆ = FS2 - FS1 = 0,30 (alto) FS3 = 147,58/77,05 = 1,92 ∆ = FS3 – FS2 = 0,04 (ok)
FS = 1,58
FS = 1,90
SRE – 3 (Talude do Município de Barcarena)
Método de Fellenius
FS = 92,39/57,54 = 1,61 Método de Bishop Simplificado
FS1 (Fellenius) = 1,61 FS2 = 109,29/57,54 = 1,90 ∆ = FS2 - FS1 = 0,29 (alto) FS3 = 111,43/57,54 = 1,94 ∆ = FS3 – FS2 = 0,04 (ok)
FS = 1,61
FS = 1,92
SRE – 4 (Talude do Município de Barcarena)
Método de Fellenius
FS = 135,19/75,91 = 1,78 Método de Bishop Simplificado
FS1 (Fellenius) = 1,78 FS2 = 160,47/75,91 = 2,11 ∆ = FS2 - FS1 = 0,33 (alto) FS3 = 163,04/75,91 = 2,15 ∆ = FS3 – FS2 = 0,04 (ok)
FS = 1,78
FS = 2,13
SRE – 5 (Talude do Município de Barcarena)
Método de Fellenius
FS = 79,81/56,42 = 1,41 Método de Bishop Simplificado
FS1 (Fellenius) = 1,41 FS2 = 90,83/56,42 = 1,61 ∆ = FS2 - FS1 = 0,20 (alto) FS3 = 92,49/56,42 = 1,64 ∆ = FS3 – FS2 = 0,03 (ok)
FS = 1,41
FS = 1,62
SRE – 6 (Talude do Município de Barcarena)
Método de Fellenius
FS = 112,03/73,30 = 1,53 Método de Bishop Simplificado
FS1 (Fellenius) = 1,53 FS2 = 124,47/73,30 = 1,70 ∆ = FS2 - FS1 = 0,17 (alto) FS3 = 126,01/73,30 = 1,72 ∆ = FS3 – FS2 = 0,02 (ok)
FS = 1,53
FS = 1,71
SRE – 7 (Talude do Município de Maracanã)
Método de Fellenius
FS = 2423,95/1522,41 = 1,59 Método de Bishop Simplificado
FS1 (Fellenius) = 1,59 FS2 = 2519,21/1522,41 = 1,65 ∆ = FS2 - FS1 = 0,06 (razoável) FS3 = 2539,26/1522,41 = 1,67 ∆ = FS3 – FS2 = 0,02 (ok)
FS = 1,59
FS = 1,66
SRE – 8 (Talude do Município de Maracanã)
Método de Fellenius
FS = 1756,55/1286,46 = 1,37 Método de Bishop Simplificado
FS1 (Fellenius) = 1,37 FS2 = 1773,27/1286,46 = 1,38 ∆ = FS2 - FS1 = 0,01 (ok) FS3 = 1777,91/1286,46 = 1,38 ∆ = FS3 – FS2 = 0,00 (ok)
FS = 1,37
FS = 1,38
SRE – 9 (Talude do Município de Maracanã)
Método de Fellenius
FS = 992,28/781,93 = 1,27 Método de Bishop Simplificado
FS1 (Fellenius) = 1,27 FS2 = 937,54/781,93 = 1,20 ∆ = FS1 – FS2 = 0,07 (razoável) FS3 = 919,66/781,93 = 1,18 ∆ = FS2 – FS3 = 0,02(ok)
FS = 1,27
FS = 1,19
SRE – 10 (Talude do Município de Maracanã)
Método de Fellenius
FS = 3745,35/1849,47 = 2,03 Método de Bishop Simplificado
FS1 (Fellenius) = 2,03 FS2 = 4107,14/1849,47 = 2,22 ∆ = FS2 – FS1 = 0,19 (alto) FS3 = 4157,06/1849,47 = 2,25 ∆ = FS3 – FS2 = 0,03(ok)
FS = 2,03
FS = 2,23
SRE – 11 (Talude do Município de Maracanã)
Método de Fellenius
FS = 1668,12/1303,25 = 1,28 Método de Bishop Simplificado
FS1 (Fellenius) = 1,28 FS2 = 1677,96/1303,25 = 1,29 ∆ = FS2 – FS1 = 0,01 (ok) FS3 = 1680,95/1303,25 = 1,29 ∆ = FS3 – FS2 = 0,00(ok)
FS = 1,28
FS = 1,29
SRE – 12 (Talude do Município de Maracanã)
Método de Fellenius
FS = 1434,63/1065,11 = 1,35 Método de Bishop Simplificado
FS1 (Fellenius) = 1,35 FS2 = 1428,69/1065,11 = 1,34 ∆ = FS1 – FS2 = 0,01 (ok) FS3 = 1426,99/1065,11 = 1,34 ∆ = FS2 – FS3 = 0,00(ok)
FS = 1,35
FS = 1,34
2 – Relatório das Análises das Superfícies de Rupturas Experimentais desenvolvidas pelo GawacWin 1.0.
SRE – 1 (Talude do Município de Barcarena)
SRE – 2 (Talude do Município de Barcarena)
SRE – 3 (Talude do Município de Barcarena)
SRE – 4 (Talude do Município de Barcarena)
SRE – 5 (Talude do Município de Barcarena)
SRE – 6 (Talude do Município de Barcarena)
3 – Relatório das Análises das Superfícies de Rupturas Experimentais desenvolvidas pelo Stability of Slopes SRE – 1 (Talude do Município de Barcarena)
SRE – 2 (Talude do Município de Barcarena)
SRE – 3 (Talude do Município de Barcarena)
SRE – 4 (Talude do Município de Barcarena)
SRE – 5 (Talude do Município de Barcarena)
SRE – 6 (Talude do Município de Barcarena)
SRE – 7 (Talude do Município de Maracanã)
SRE – 8 (Talude do Município de Maracanã)
SRE – 9 (Talude do Município de Maracanã)
SRE – 10 (Talude do Município de Maracanã)
SRE – 11 (Talude do Município de Maracanã)
SRE – 12 (Talude do Município de Maracanã)
4 – Superfícies de Rupturas Experimentais desenvolvidas pelo Stability of Slopes. SRE – 1 (Talude do Município de Barcarena)
SRE – 2 (Talude do Município de Barcarena)
SRE – 3 (Talude do Município de Barcarena)
SRE – 4 (Talude do Município de Barcarena)
SRE – 5 (Talude do Município de Barcarena)
SRE – 6 (Talude do Município de Barcarena)
SRE – 7 (Talude do Município de Maracanã)
SRE – 8 (Talude do Município de Maracanã)
SRE – 9 (Talude do Município de Maracanã)
SRE – 10 (Talude do Município de Maracanã)
SRE – 11 (Talude do Município de Maracanã)
SRE – 12 (Talude do Município de Maracanã)