Estabilidade de Taludes - Prof. JoãoPaulo
07/10/2012
Universidade Federal do Tocantins 1
Universidade Federal do Tocantins
Prof. MSc. João Paulo Souza Silva – [email protected]
Palmas - TO
Estabilidade de TaludesAula 7–Estabilidade de Taludes
Engenharia Civil - UFT.
Tragédia em Niterói – RJ -2010O terreno acidentado ondeestavam as casas arrastadaspela terra que desmoronou jáabrigou um aterro sanitário.
Mais de 100 mortos
TALUDE,ENCOSTA ouBARRANCO?
DEFINIÇÕES
O que são taludes e encostas?
- São superfícies inclinadas de maciços terrosos, rochososou mistos, originados de processos geológicos e antrópicos.
ENCOSTA
• superfície natural inclinada (declive)
TALUDES
• superfície artificial inclinada (declive)
DEFINIÇÕESTALUDE
NATURAIS (Geológicos) ARTIFICIAIS (antrópicos)
•encosta de maciços terrosos,rochosos ou mistos, originadosporagentes naturais
•Materiais – muita variabilidade eheterogêneo, sendo necessáriovárias amostras
• Fluxo de água é de difícildeterminação, precisando serinstrumentado
• Geometria de difícildeterminação
• declives de aterros construídos(solo, rejeitos industriais e demineração)
•Materiais – em alguns casos,homogêneo
• Fluxo, geralmente, pode serdeterminado
• Geometria predefinida.
talude natural inicial
crista do talude
pé do talude
sobrecarga
superfície de ruptura
COMPONENTES
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TALUDES
TALUDE DE CORTE
• resultado de escavação (corte) promovida pelo homem emtalude natural ou em encosta
TALUDES
TALUDE DE ATERRO
• resultado do preenchimento promovida pelo homem emtalude natural ou em encosta
INCLINAÇÃO: ângulo entre o plano médio da encosta e a horizontal,medido a partir da base
talude natural inicial
crista do talude
pé do talude
sobrecarga
superfície de ruptura
θ
DECLIVIDADE: ângulo de inclinação da encosta expresso emporcentagem, a partir da relação entre o desnívelvertical (H) e o comprimento da encosta na horizontal (L).
DECLIVIDADE (%) =H
L100
INCLINAÇÃO = arctg H
L
AMPLITUDE: desnível vertical da encosta, ou seja, diferença de cotaentre a base e o topo da encosta.
PERFIL: variação da declividade da encosta, ao longo de suaextensão transversal
Retilíneo / Convexo / Côncavo
talude natural inicial
crista do talude
pé do talude
sobrecarga
superfície de ruptura
MOVIMENTOS GRAVITACIONAIS DE MASSAASSOCIADOS A ENCOSTAS
ESCORREGAMENTOS E PROCESSOS CORRELATOS
DEFINIÇÃO: movimentos gravitacionais de massa, mobilizando osolo, a rocha ou ambos.
TIPOS DE PROCESSOS: escorregamento de solo escorregamentode rocha rastejo ou “creep” queda deblocos desplacamento rochoso rolamentode matacões corridas de terra corridas delama
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Obs: geralmente os critérios são utilizados de modo conjugado
• velocidade, direção e recorrência dos deslocamentos• natureza do material instabilizado (solo, rocha, etc), sua textura,• estrutura e conteúdo de água• geometria das massas movimentadas• modalidade de deformação do movimento
CRITÉRIOS BÁSICOS UTILIZADOS NASCLASSIFICAÇÕES DOS ESCORREGAMENTOS
CLASSIFICAÇÃO DE ESCORREGAMENTOSSEGUNDO VARNES (1978)
COMPLEXOS: Combinação de 2 ou mais dos principais tipos de movimentos
TIPO DE MOVIMENTOTIPO DE MATERIAL
ROCHASOLO (ENGENHARIA)
GROSSEIRO FINO
QUEDAS
TOMBAMENTOS
de Rocha de Detritos de Terra
de Rocha de Detritos de Terra
ESCORREGAMENTOS
ROTACIONAL
TRANS-LACIONAL
poucasunidades
muitasunidades
EXPANSÕES LATERAIS
CORRIDAS/ESCOAMENTOS(*)
Abatimentode Rocha
Abatimentode Detritos
Abatimentode Terra
de BlocosRochosos
de Blocosde Detritos
de Blocosde Terra
de Rocha de Detritos de Terra
de Rocha de Detritos de Terra
de Detritos de Terrade Rocha(rastejo
profundo) (rastejo de solo)
ESCORREGAMENTOS
TIPOS DE PROCESSO, CARACTERÍSTICAS DOMOVIMENTO, MATERIAL E GEOMETRIA
ESCORREGAMENTOS(SLIDES
poucos planos de deslocamento (externos). Velocidades médias (m/h) a altas (m/s). Pequenos a grandes volumes de material. Geometria e materiais variáveis:
PLANARES solos pouco espessos, solos erochas com um plano de fraqueza;CIRCULARES solos espessos homogêneos erochas muito fraturadas;EM CUNHA = solos e rochas com dois planos defraqueza.
escorregamentode solo
área desmatadasuscetível à erosãoe escorregamentos
área com cobertura vegetal
ESCORREGAMENTOS
TIPOS DE PROCESSO, CARACTERÍSTICAS DOMOVIMENTO, MATERIAL E GEOMETRIA
RASTEJO(CREEP)
vários planos de deslocamento (internos). Velocidades muito baixas (cms/ano) a baixas e
decrescentes com a profundidade. Movimentos constantes, sazonais ou intermitentes. solo, depósitos, rocha alterada/fraturada. Geometria indefinida.
ESCORREGAMENTOS
CORRIDAS(FLOWS)
Muitas superfícies de deslocamento (internas e externas àmassa em movimentação)
Movimento semelhante ao de um líquido viscoso. Desenvolvimento ao longo das drenagens. Velocidades médias a altas. Mobilização de solo, rocha, detritos e água. Grandes volumes de material. Extenso raio de alcance, mesmo em áreas planas.
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ESCORREGAMENTOS
TIPOS DE PROCESSO, CARACTERÍSTICAS DO MOVIMENTO,MATERIAL E GEOMETRIA
QUEDAS(FALLS)
Sem planos dedeslocamento. Movimentos. Tipoqueda livre ou em planoinclinado. Velocidades muitoaltas (vários m/s). Material rochoso. Pequenos a médiosvolumes. Geometria variável:lascas, placas, blocos,etc.
ROLAMENTO DEMATACÃO
TOMBAMENTO
solo
rocha sã
descontinuidadesdo maciço
surgências d'água
blocos deslocadosda encosta
blocos instáveis
UnB/ENC/Geotecnia Diniz/2005
FATORES CONDICIONANTES DOSESCORREGAMENTOS
NATURAIS
• características dos solos e das rochas• relevo (declividade, amplitude, perfil)• clima• regime das águas de superfície e de subsuperfície• cobertura vegetal
ANTRÓPICOS
• cortes e aterros inadequados• desmatamento• lançamento e concentração de águas pluviais e/ou servidas• vazamento na rede de água e de esgoto• presença de fossas sépticas• lixo e entulho acumulados nas encostas
UnB/ENC/Geotecnia Diniz/2005
AGENTES E CAUSAS DOSESCORREGAMENTOS
AGENTES
CAUSAS
• complexo geológico, complexo morfológico, complexoclimático-hidrológico, gravidade, calor solar, tipo de vegetaçãooriginal
PREDISPONENTES
EFETIVOS
INTERNAS
EXTERNAS
INTERMEDIÁRIAS
PREPARATÓRIOS
IMEDIATOS
• pluviosidade, erosão pela água e vento,congelamento e degelo, variação detemperatura, dissolução química, ação defontes e mananciais, oscilação de nível de lagose marés e do lençol freático, ação de animais ehumana, inclusive deflorestamento
• chuvas intensas, fusão do gelo e neve, erosão,terremotos, ondas, vento, ação do homem, etc.
Efeito das oscilações térmicas Redução dos parâmetros de resistência por intemperismo
Mudanças na geometria do sistema Efeitos de vibrações Mudanças naturais na inclinação das camadas
Elevação do nível piezométrico em massas “homogêneas” Elevação da coluna de água em descontinuidades Rebaixamento rápido do lençol freático Erosão subterrânea retrogressiva (“piping”) Diminuição do efeito de coesão aparente
FATORES DEFLAGRADORES DOSMOVIMENTOS DE MASSA
AÇÃO
AUMENTODA
SOLICITAÇÃO
REDUÇÃODA
RESISTÊNCIA
FATORES
- REMOÇÃO DE MASSA(lateral ou da base)
- SOBRECARGA
- SOLICITAÇÕESDINÂMICAS
- PRESSÕES LATERAIS
- CARACTERÍSTICASINERENTES AO MATERIAL(geometria, estruturas, etc.)
- MUDANÇAS OUFATORES VARIÁVEIS
FENÔMENOSGEOLÓGICOS/ANTRÓPICOS
- erosão, escorregamentos- cortes- peso da água de chuva, neve, granizo, etc.- acúmulo natural de material (depósitos)- peso da vegetação.- construção de estruturas, aterros, etc.
- terremotos, ondas, vulcões, etc.- explosões, tráfego, sismos induzidos
- água em trincas, congelamento, materialexpansivo
- características geomecânicas do material,tensões
- intemperismo redução na coesão,ângulo de atrito
- elevação do N.A
PROPOSTA METODOLÓGICA DE CARACTERIZAÇÃOGEOLÓGICO-GEOTÉCNICA VOLTADA
À ESTABILIZAÇÃO DE ENCOSTAS
SUFICIENTE
INSUFICIENTE
PROJETO DEESTABILIZAÇÃO
PLANEJAMENTO
LEVANTAMENTODE DADOS
INVESTIGAÇÕESSUPERFÍCIE
MODELOFENOMENOLÓGICO
AVALIAÇÃO
INVESTIGAÇÕESDE
SUBSUPERFÍCIE
INSTRUMENTAÇÃO
ENSAIOS
ESTABILIDADE DE TALUDES
INVESTIGAÇÃO GEOLÓGICO-GEOTÉCNICADE SUPERFÍCIE
TIPO
VISTORIAS DE CAMPO
LEVANTAMENTOSTOPOGRÁFICOS
LEVANTAMENTOSFOTOGRAMÉTRICOS
ASPECTOS
- O QUE/ONDE OBSERVARFICHAS DE CADASTRO
- PLANTAS DISPONÍVEIS- LEVANTAMENTOS POR SEÇÕES- LOCAÇÃO DE FEIÇÕES DE INTERESSE
- AÉREOS TRADICIONAIS/ OBLÍQUOS- PADRÕES DIAGNÓSTICOS
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ESTABILIDADE DE TALUDES
INVESTIGAÇÃO GEOLÓGICO-GEOTÉCNICADE SUPERFÍCIE
TIPO
VISTORIAS DE CAMPO
LEVANTAMENTOSTOPOGRÁFICOS
LEVANTAMENTOSFOTOGRAMÉTRICOS
ASPECTOS
- O QUE/ONDE OBSERVARFICHAS DE CADASTRO
- PLANTAS DISPONÍVEIS- LEVANTAMENTOS POR SEÇÕES- LOCAÇÃO DE FEIÇÕES DE INTERESSE
- AÉREOS TRADICIONAIS/ OBLÍQUOS- PADRÕES DIAGNÓSTICOS
PRINCIPAIS TIPOS DE INTRUMENTOS UTILIZADOSNO ESTADO DE TALUDES E ENCOSTAS
ESTABILIDADE DE TALUDES
INSTRUMENTOS PARÂMETROS
Deslocamentos e recalques
Cargas
Pressões de terra
Pressões d’água
Vazões d’água
Marcos superficiaisPrismas óticosExtensômetros (haste e fio)FissurômetrosMedidores de recalqueIndicadores de movimentações emprofundidadeInclinômetros
Células de cargas em tirantes
Células de pressão total
Piezômetros (tipo Casagrande, demáxima, hidráulicos e elétricos)Tensiômetros (pressões negativas,de sucção)Medidores de vazão (hidrômetros,vertedouros, recipientes
UnB/ENC/Geotecnia Diniz/2005
MÉTODOS DE ANÁLISE DE ESTABILIDADEPARA DIFERENTES TIPOS DE ESCORREGAMENTO
CONDICIONADOPOR
ESTRUTURASRELIQUIARES
TOMBAMENTO/QUEDA DEBLOCOS
TENSÃO - DEFORMAÇÃOEQUILÍBRIO LIMITE
DINÂMICA DOPROCESSO
GEOMETRIA DARUPTURA
MÉTODOS DE ANÁLISE DE ESTABILIDADE
NÃOCONDICIONADO
PORESTRUTURASRELIQUIARES
RUPTURASCIRCULARES
RUPTURASNÃO
CIRCULARES
1 PLANO2 PLANOS
VÁRIOS PLANOS
NOME TIPO
ESPIRAL LOGARÍTMICA TAYLOR FELLENIUS BISHOP SPENCER TRIDIMENSIONAL
EQUILÍBRIOLIMITE
JAMBU MORGESTERN E PRICE
• ELEMENTOS FINITOS,DIFERENÇAS FINITASE MULTIBLOCOS
TENSÃODEFORMAÇÃO
PLANAR BIPLANAR, EM CUNHA MULTIPLANAR
EQUILÍBRIOLIMITE
O QUE É ESTABILIDADE?
Estável x Instável
- Deve-se estabelecer um contexto – Mecânico, químico, etc...
- Deve haver um sistema de referência para se saber o que éestável ou instável, ou seja, um critério.
Equilíbrio mecânico: ΣFh = 0 ΣFv = 0 e ΣM = 0
Equilibrado eEstável
Equilibrado eInstável
Desequilibrado
v
DEFINIÇÃO DO PROBLEMA
Hipótese básica 01 – Um sistema em equilíbrio permanece nesteestado até que haja alguma mudança no sistema que favoreça odesequilíbrio.
Hipótese básica 02 - todo sistema desequilibrado parte de um sistemaequilibrado que, por algum motivo, sai desta condição...
O que pode tirar o sistema do equilíbrio inicial?
Solicitações externas – carregamentos, chuvas, etc...
Equilibrado eEstável
Equilibrado eInstável
F F
CAUSAS USUAIS DE INSTABILIDADE DETALUDES
Mudança no estado de tensões -Aumento do Peso Específico do
Solo por Saturação
chuva
infiltração
Sobrecargas Sobre o Talude
'h
'v
'h
'v
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talude natural inicial
crista do talude
pé do talude
sobrecarga
superfície de ruptura
Alteração da Geometria do Talude : alteração do estado de tensões eredução da tensão horizontal
'ho'
hf
'
c'
, '
círculo de Mohrinicial
'h
'v
'h
'v
CAUSAS USUAIS DE INSTABILIDADE DETALUDES
Favorecimento de uma superfície antes impossível
talude natural inicial
superfície de ruptura
solofra
co
Condicionantes Geológicos
maciço rochoso fraturado
CAUSAS USUAIS DE INSTABILIDADE DETALUDES
A
Antes:
u < 0 (sucção)A
A
Após chuva e saturação do talude:
u > 0A
equipotencial
ha
u = hA a a
linha de fluxo
CAUSAS USUAIS DE INSTABILIDADE DETALUDES
cimento água
Redução de sucção ecoesão do solo
Dissolução de AgentesCimentantes
INTEMPERISMO
Bjerrum, 1966
Aumento de Poropressões
Erosão
erosão interna (piping)
Solicitações Sísmicas
a
CAUSAS USUAIS DE INSTABILIDADE DETALUDES
SINAIS DE INSTABILIDADE
Embarrigamento da Face do Talude
Usualmente de difícil detecção(vegetação, magnitude).
Fonte: Ennio Palmeira – apostila de geot 3
Trincas ou Fissuras na Crista
trincas
Remediação imediata:fechamento das trincas.
Perda de Verticalidade (Prumo) deÁrvores, Postes, etc.
SINAIS DE INSTABILIDADE
Parque Águas Claras - DF
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Água Minando no Talude com Partículas de Solo
carreamento de partículas
Remediação imediata: sistema filtro-drenante.
SINAIS DE INSTABILIDADE MECANISMOS TÍPICOS DE INSTABILIDADE
TombamentoQueda
DeslizamentoFluxo
FATOR DE SEGURANÇA
Fator de segurança é uma folga, ou sobra, que existe entre osistema na sua condição natural e a condição limite de equilíbrio.
O fator de segurança pode ser aplicado sobre o material ou asolicitação.
mobilizadaaResistênci
disponívelaResistênciFS
MATERIAL
Máxima solicitação admissível
Solicitação existenteFS
SOLICITAÇÕES
'h
'v
Sistema equilibradoe instável
1f
mob
FS
Sistema equilibradoe estável
1f
mob
FS
Sistema desequilibrado(RUPTURA)
1f
mob
FS
''' tan)u('ctan'c
O fator de segurança dá uma REFERÊNCIA do sistema em relação auma situação LIMITE.
A representação do fator de segurança por um ÚNICO valor,INDEPENDENTE DO TEMPO, é incorreta, uma vez que esta variável éTRANSIENTE, pois o próprio sistema e as condições internas eexternas do sistema mudam com o tempo.
O sistema tem N Fatores de Segurança para N situações decarregamentos e distribuição de propriedades.
Cada situação tem uma probabilidade de ocorrência.
Então o mais correto é relacionar a cada fator de segurança umaprobabilidade de ocorrência.
FATOR DE SEGURANÇA
TALUDES - Como estabilizar?
FASES DEPROJETO
Diagnóstico
Estudos geológicos egeotécnicos
Solução
Taludes em Solo
Taludes em Rocha
Monitoramento
Instrumentação
Inspeções
Diminuição da Inclinação do Talude
corte corte
berma
Drenagem Superficial
canaletas Talus
ESTABILIZAÇÃO DE TALUDES EM SOLO
''' tan)u('ctan'c
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Drenagem Profunda
drenos profundos
Bermas
berma
ESTABILIZAÇÃO DE TALUDES EM SOLO
Revestimento do Talude
concreto projetado ou
geomembrana
• Evita ou minimiza erosão superficial• Evita infiltração• Aumenta a resistência da superfície do talude (raízes).
ESTABILIZAÇÃO DE TALUDES EM SOLO
aterro
talude decorte
taludeartificial
(IPT, 1991. Manual de ocupação de encostas. Publ. IPT 1831. pg 2)Ilustração: W D CortezR Fonte: Proin/Capes e Unesp/IGCE
INCLINAÇÃO = = arc tg (HL
)
DECLIVIDADE (%) = X 100HL
(IPT, 1991. Manual de ocupação de encostas. Publ. IPT 1831. pg 4)Ilustração: W D CortezR Fonte: Proin/Capes e Unesp/IGCE
desvio e canalização das águas aduzidas naturalmente para a área mobilizada;
drenagem profunda;
reparos e manutenção de redes de água e/ou esgoto.
Ilustração: W D CortezR Fonte: Proin/Capes e Unesp/IGCE
RASTEJO
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corpo detálus
limite derastejo sentido da
movimentação
surgênciasd'água
corte
trinca
impermeabilização da superfície do terreno;
desvio e canalização das águas conduzidas naturalmente para a superfície do corpo de tálus
drenagem profunda.
(IPT, 1991. Manual de ocupação de encostas. Publ. IPT 1831)Ilustração: W D CortezR Fonte: Proin/Capes e Unesp/IGCE
RASTEJO EM TALUS
matacão instável
proteção da área de apoio do matacão, com a execuçãode pequenas obras;
desmonte e remoção do matacão.
(IPT, 1991. Manual de ocupação de encostas. Publ. ipt 1831)Ilustração: W D CortezR Fonte: Proin/Capes e Unesp/IGCE
ROLAMENTO DE MATACÕES
solo
rocha sã
descontinuidadesdo maciço
surgências d'água
blocos deslocadosda encosta
blocos instáveis
remoção manual e individual dos blocos instáveis;
fixação dos blocos instáveis por meio de chumbadores ou tirantes;
execução de obras de pequeno porte para estabilidade da encostarochosa (cintas, grelhas, montantes, etc.).
Ilustração: W D CortezR Fonte: Proin/Capes e Unesp/IGCE
QUEDA DE BLOCOS
escorregamentode solo
área desmatadasuscetível à erosãoe escorregamentos
área com cobertura vegetal
remoção das bananeiras;
implantação de cobertura vegetal apropriada, associada, quandonecessário, a barreiras vegetais para proteção contra possíveismassas escorregadas.
(IPT, 1991. Manual de ocupação de encostas. Publ. IPT 1831)Ilustração: W D CortezR Fonte: Proin/Capes e Unesp/IGCE
DESMATAMENTO EESCORREGAMENTODE SOLO
(IPT, 1991. Manual de ocupação de encostas. Publ. IPT 1831)
LIXO
deslizamento delixo e solo
acúmulo de lixo
remoção do lixo e definição de locais adequados para suadeposição;
implantação ou melhoria do serviço público de coleta.
Ilustração: W D CortezR Fonte: Proin/Capes e Unesp/IGCE
ESCORREGAMENTO DE LIXO
(IPT, 1991. Manual de ocupação de encostas. Publ. IPT 1831)
solo
alturaexcessiva
rupturainclinaçãoexcessiva
estruturaresidual
solo dealteração
superficial
execução de obras de contenção.
retaludamento;
Ilustração: W D CortezR Fonte: Proin/Capes e Unesp/IGCE
ALTURA E INCLINAÇÃO EXCESSIVAS
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TALUDE ATIRANTADO
(IPT, 1991. Manual de ocupação de encostas. Publ. IPT 1831)
ruptura docorte
chuva
ruptura doaterroSOLUÇÃO
implantação de sistemas adequados de coleta e condução daságuas pluviais, juntamente com o tamponamento das trincas comsolo argiloso compactado e execução de proteção superficial.
Ilustração: W D CortezR Fonte: Proin/Capes e Unesp/IGCE
ESCORREGAMENTOEMCORTE / ATERRO
(IPT, 1991. Manual de ocupação de encostas. Publ. IPT 1831)
caminhos preferenciaisd'água
aterro lançado (fofo)sobre vegetação
ruptura
execução de reaterro, associada a drenagem e proteção vegetal;
drenagem da fundação do aterro.
Ilustração: W D CortezR Fonte: Proin/Capes e Unesp/IGCE
ATERRO MAL EXECUTADO
(IPT, 1991. Manual de ocupação de encostas. Publ. IPT 1831)
zonas saturadas
rupturas
lançamento deágua servida
canaleta subdimensionadae/ou obstruída
chuva
SOLUÇÃO
implantação de rede de coleta e condução das águas servidas,de preferência separada do sistema de drenagem das águaspluviais.
Ilustração: W D CortezR Fonte: Proin/Capes e Unesp/IGCE
INFILTRAÇÃODE ÁGUA
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(IPT, 1991. Manual de ocupação de encostas. Publ. IPT 1831)
ruptura
vazamento em rede deabastecimento d'água
zonas saturadas
trincas
SOLUÇÕES
serviços de manutenção na rede já implantada;
implantação de adequada rede de abastecimento de água
Ilustração: W D CortezR Fonte: Proin/Capes e Unesp/IGCE
VAZAMENTO E INFILTRAÇÃO DE ÁGUA
(IPT, 1991. Manual de ocupação de encostas. Publ. IPT 1831)
zonas de saturação gradualdo solo
surgênciad'água
FOSSA
implantação de rede e de dispositivos para tratamento e disposição de esgotos.
Ilustração: W D CortezR Fonte: Proin/Capes e Unesp/IGCE
FOSSAS SÉPTICAS
SONDAGEM
A norma brasileira NBR-11682 - Estabilidade de Encostas prevê apenas umúnico caso em que a Sondagem pode ser dispensada. É caso seguinte:
A sondagem não é obrigatória em taludes que atendam simultaneamente asseguintes condições:1 - Talude com altura máxima de 3 metros (H<3 metros);2 - Talude com solo homogêneo;3 - Talude sem nível d'água;4 - Não pode haver casas ou outro tipo de sobrecarga na parte de cima do taludenuma extensão de 5 vezes a altura;5 - Superfície plana e horizontal à Montante (parte de cima) numa extensão de 5vezes a altura;6 - Superfície plana e horizontal à Jusante (parte de baixo).
Em todos os demais casos de Taludes, é obrigatória a realização de sondagens.
Talude em rocha
Eliminação Estabilização Convivência
Estruturas de Contenção
Banquetas
Fragmentação eremoção
ESTABILIZAÇÃO DE TALUDES EM ROCHA
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