Estabilidade de taludes

Mecânica das Rochas II Engenharia de Minas e Meio Ambiente - 2012

AVALIAÇÃO NA ESTABILIDADE DE TALUDES T ALUDES 1

SOUSA, J.T.1

Universidade Universidade Federal do Sul e Sudeste do Pará (UNIFESSPA), Instituto de Geociências e Engenharia, Engenharia de Minas e Meio Ambiente. email: [email protected]

RESUMO Em decorrência da frequência dos casos de desestabilidades de maciços de solo, ocasionados por fatores naturais ou por intervenções urbanas, faz-se necessário à elaboração e execução de técnicas construtivas eficazes e capazes de garantir a estabilidade dos maciços de maneira segura, com qualidade, com baixo custo e de rápida execução e eficiência. Deste modo, este artigo apresenta os principais conceitos relacionados à estabilidade de taludes, bem como os principais métodos e técnicas de estabilização mais usuais.

PALAVRAS-CHAVE: estabilidade de taludes, desestabilidade, métodos. 1. INTRODUÇÃO No mundo da engenharia, obras como autoestradas, ferrovias, barragens, construções urbanas e até minas implicam a escavação do terreno, sendo fundamental a execução de taludes. Talude é um nome genérico dado a superfícies de solo ou rocha que forme um ângulo com o plano horizontal de referência. O principal problema que envolve essas estruturas geotécnicas refere-se à análise de sua estabilidade, relacionada a movimentações de massas de solo. O conceito de estabilidade de um talude é indeterminado, já que taludes feitos sobre ou de rochas ou solos não fornecem garantia de estabilidade por muitos anos. Condições climáticas, hidrológicas e tectônicas, e as atividades humana na área podem trazer, anos mais tarde, mudanças que afetam a estabilidade dos taludes naturais e escavados pelo homem. Não se pode desprezar a possibilidade de a rocha ou o solo tornar-se saturado por água ao longo do tempo (Azevedo, 2006). A análise da estabilidade pode ser feita por meio da utilização de métodos de análise tensão-deformação e por meio de simulação numérica da aplicação de medidas de estabilização. A eficiência da medida estabilizadora pode ser quantificada pela comparação entre os estados de tensão na ausência e na presença dessas medidas. Dentre os principais métodos e técnicas utilizados para manter m anter a estabilização e o proteção de taludes, os mais utilizados são: retaludamento, solo reforçado, muros de arrimo, cortina atirantada, drenagem superficial e drenagem profunda. A manutenção da estabilidade do talude de solo em áreas intensamente urbanizadas é de fundamental importância, uma vez que, as rupturas destes taludes geram invariavelmente perdas materiais e/ou perdas de vidas humanas.

2. ESTABILIDADE DE TALUDES 2.1 Taludes

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Os taludes ou encostas naturais são definidos como superfícies inclinadas de maciços terrosos, rochosos ou mistos, originados por processos geológicos, geomorfológicos e ações antrópicas. Talude de corte é entendido como um talude originado de escavações antrópicas diversas. Talude artificial se refere ao declive de aterros construídos a partir de materiais de diferentes granulometrias e origens, incluindo rejeitos industriais, urbanos ou de mineração ( Junior, 2005).

2.2 Fatores que influenciam na estabilidade de taludes Segundo Gonçalves (2013), a estabilidade de um talude está relacionada não só com fatores hidrogeológicos (presença de água), mas também com fatores geométricos (altura e inclinação), fatores geológicos (presença de planos e zonas de fraca resistência e anisotropia do talude) e fatores geotécnicos relacionados com o comportamento mecânico do terreno (resistência e deformabilidade). A combinação dos fatores citados pode determinar as condições de rotura ao longo de uma ou várias superfícies, de forma que seja possível o movimento cinemático de um certo volume de massa de rocha. É possível agrupar este conjunto de fatores em dois tipos; condicionantes e desencadeadores. Os fatores condicionantes ou passivos são fatores intrínsecos ao material rocha que podem provocar a rotura. Os fatores desencadeadores ou ativos são fatores externos que atuam sobre o maciço rochoso modificando as suas características, propriedades e condições de equilíbrio do talude. O conhecimento de todos os fatores permite uma correta análise do talude, assim como a avaliação da estabilidade do mesmo, tomando medidas corretivas que deverão ser adotadas para evitar ou estabilizar os movimentos do talude durante a construção.

2.3 Classificação dos movimentos De acordo com Azevedo (2006), a classificação de movimentos de taludes (encostas) mais utilizada no mundo é a compilada por Varnes (1998). Segundo esta classificação, há cinco tipos de movimentos considerados básicos: a) Queda: Desprendimento do solo e/ou fragmentos de rocha que caem de um talude b) Tombamento: Movimento de rotação à frente do solo e/ou de massas rochosas aproximadamente no eixo abaixo do centro da gravidade do material que está sendo deslocada. c) Escorregamentos ou deslizamentos: Movimento descendente de uma massa de solo. Ocorre na superfície de ruptura. d) Expansões laterais ou espalhamento: Forma de deslizamento que ocorre por translação. e) Escoamentos: É o movimento, ladeira abaixo, da massa de solo, de forma similar a de fluidos viscosos. Todos os tipos de movimentos são também considerados base no tipo de formação geológica – rochas, solos ou debris – que foi submetida à movimentação.


2.4 Modos de ruptura em taludes Diferentes mecanismos de ruptura de taludes estão associados às diferentes estruturas geológicas encontradas no terreno. Estas causas são complexas, pois envolvem uma infinidade de fatores que se associam e se entrelaçam. De acordo com Gonçalves (2012), os principais tipos de ruptura são: 2.4.1 Ruptura Planar Ocorre quando as descontinuidades do maciço vão de encontro à face do talude, permitindo o deslizamento do material acima da descontinuidade, seja por gravidade, seja pela ação de outras forças. 2.4.2 Ruptura em Cunha A ruptura em cunha é gerada a partir de duas famílias de descontinuidades distintas, cuja intersecção proporciona o colapso de parte do talude. Quando as duas superfícies de descontinuidades se interceptam, definem um bloco com uma forma tetraedral. 2.4.3 Ruptura por Desmoronamento A ruptura por desmoronamento envolve a rotação de colunas de rocha como um conjunto de vigas inclinadas abruptamente para a face do talude. Para uma ruptura por desmoronamento ocorrer, a inclinação da descontinuidade que vai de encontro à face do talude tem que ser aproximadamente 10 o da direção da face do talude. Para, além disso, o declive dos planos deverá ser suficientemente grande para que haja deslizamento interior. 2.4.4 Ruptura Circular A ruptura circular é típica de maciços de solos; no entanto, esta pode dar-se em taludes de maciços rochosos onde não há fortes condicionantes estruturais, assim como em maciços rochosos altamente fraturados na qual não é clara a orientação predominante das descontinuidades.

2.5 Métodos de análise da estabilidade de taludes Segundo Pereira (2013), a análise de estabilidade envolve um conjunto de procedimentos visando à determinação de um índice ou de uma grandeza que permita quantificar o quão próximo da ruptura um determinado talude ou encosta se encontra, para um determinado conjunto de condicionantes atuantes (pressões neutras, sobrecargas, geometria, etc.). Os métodos de análise de estabilidade de taludes são divididos em duas categorias: Métodos determinísticos, nos quais a medida da segurança do talude é feita em termos de um fator de segurança e métodos probabilísticos, nos quais a medida de segurança é feita em termos da probabilidade ou do risco de ocorrência da ruptura (GEORIO, 2000).

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Azevedo (2006) cita que o primeiro passo a ser dado em uma análise de estabilidade é determinar a relação entre as diversas famílias de descontinuidades e o potencial cinético de instabilidade dessas estruturas. O segundo passo é determinar a resistência ao cisalhamento nos planos de descontinuidades ou quais os blocos de rocha que podem movimentar-se, através de ensaios in situ ou de laboratório. Finalmente, o terceiro passo é determinar as condições de fluxo de água pelas descontinuidades ou em maciços intensamente fraturados, por meio de poços e, ou, avaliação de campo, de maneira a caracterizar as pressões de água que atuam em blocos potencialmente instáveis. 2.5.1 Fator de segurança de um Talude Para comparar a estabilidade de taludes em condições diferentes daqueles requeridas pelo equilíbrio-limite, alguma forma de índice é necessária, e a mais comumente usada é o Fator de Segurança,(). Este fator pode ser definido como a razão entre as forças que tendem a resistir ao deslizamento,  , e as forças que tendem a produzir,  :  =





Em geral, as analises são realizadas comparando-se as tensões cisalhantes mobilizadas com resistência ao cisalhamento. Com isso, define-se um fator de segurança dado por:  =

 

Onde:  = resistência média ao cisalhamento do solo;  = tensão cisalhante atuante ou resistência mobilizada. A instabilidade do talude será deflagrada quando as tensões cisalhantes mobilizadas se igualarem a resistência ao cisalhante. Condição do Talude Talude instável – não tem significado  <1,0 físico. Condição limite de estabilidade –  =1,0 iminência de ruptura. Talude estável.  >1,0 Quadro 01. Fatores de segurança determinísticos e as respectivas condições de estabilidade do talude. Coeficiente de segurança (  )

2.6 Métodos e medidas estabilizadoras A eficácia de um método de estabilização de talude em rocha pode ser quantitativamente avaliada com referência a variação positiva do  do talude. Dessa forma, um efeito positivo de um trabalho de estabilização ocorre quando a força instabilizadora que atua em um talude rochoso potencialmente instável é reduzida ou quando a força resistiva aumenta (Azevedo, 2006).


Em alguns tipos de movimentos de maciços rochosos, como modos secundários de tombamentos, as medidas estabilizadoras mais efetivas podem ser obtidas a partir de simulações numéricas desenvolvidas por meio de análises de tensão ou métodos de elementos discretos. Escavação, preenchimento, atirantamento e drenagem podem ser numericamente simulados, e o efeito dessas medidas remediadoras nas condições de estabilidade pode ser avaliado através do exame das variações totais na tensão e nos deslocamentos. Medidas estabilizadoras podem também ser aplicadas na redução da taxa de enfraquecimento do maciço rochoso ou no processo de alteração. Neste caso, é difícil quantificar a eficácia dos trabalhos de melhoramento por meio de análises de estabilidade. Métodos de proteção são usados em problemas de queda de blocos e sua eficácia pode ser diretamente determinada pela simulação da presença de obras de proteção na modelagem de queda de blocos. A seguir são apresentados os métodos mais usuais para estabilização de taludes, desde os mais simples até os mais complexos, levando em consideração também o custo, a execução e a aplicação. Os principais métodos são: 2.6.1 Retaludamento De acordo com (Dutra 2013), o retaludamento consiste em um processo de terraplanagem, através do qual se alteram, por cortes e/ou aterros, os taludes originalmente existentes em um determinado local, a fim de aumentar sua estabilidade tão quanto desejada. Para que possa haver um aumento na estabilidade através desse método, são feitas alterações na geometria do talude, aliviando o peso junto à crista e acrescentando junto ao pé do talude. Dessa forma, um corte feito próximo à crista do talude diminui a parcela do momento atuante e a colocação de uma sobrecarga no pé do talude tem um efeito estabilizante. Dentre as diversas obras de estabilização de taludes, o retaludamento é considerado o mais simples, eficaz e barato existente justamente por utilizar como material o próprio terreno e não demandar uma mão-de-obra específica. Porém, em alguns casos, não há espaço suficiente para se alcançar o retaludamento com a declividade desejada ou, então, casos em que as obra de terraplanagem se tornam muito dispendiosas devido ao elevado movimento de terra, sendo melhor, nesses casos, recorrer às obras de contenção e/ou drenagem. 2.6.2 Solo grampeado Solo grampeado é uma obra de contenção bastante prática e eficiente para a estabilização de taludes de escavações através do reforço do solo in situ. O método consiste na introdução de barras metálicas, revestidas ou não, em maciços naturais ou em aterros. Sua execução é composta das seguintes fases: perfuração do maciço, introdução da barra metálica no furo e preenchimento do mesmo com nata de cimento (Dutra, 2013). A cabeça do prego pode ser protegida, bem como a face do talude, com argamassa de cimento ou com concreto jateado. Os grampos não são protendidos, sendo solicitados somente quando o maciço sofre pequenos deslocamentos.

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Para Takara (2011), esse método pode ser utilizado praticamente em qualquer tipo de solo que apresente resistência aparente ao cisalhamento de no mínimo 10 kPa. Não sendo utilizados em areias secas ou em solos argilosos muito moles. 2.6.3 Muros de arrimo O método dos muros de arrimo é um dos mais antigos e também o mais utilizado em obras de contenções. Caracteriza-se pelas estruturas com a função de conter as massas de solo. Essa contenção funciona pelo peso do muro e pelo atrito de sua fundação que apresentam reação ao empuxo do solo. O atrito da base no solo tem a função de dar estabilidade à obra de contenção enquanto que o peso do muro com sua geométrica trapezoidal tem a função de conter o movimento rotacional do maciço sobre a base externa evitando assim o tombamento (Takara, 2011). Como as dimensões de sua base são diretamente proporcionais ao empuxo do solo, esse método é utilizado apenas para situações de solicitações reduzidas já que para grandes solicitações acabaria se tornando inviável devido ao alto custo de execução e de material. 2.6.4 Cortina Atirantada

É um dos métodos mais modernos de contenção valendo-se de tirantes protendidos e chumbadores para dar sustentação ao terreno. Sua principal vantagem é a possibilidade de aplicação sem a necessidade de cortar nada além do necessário. Consiste numa parede de concreto armado, através dos quais o maciço é perfurado, sendo introduzidas nos furos barras metálicas (tirantes). Após o posicionamento destas barras, é introduzida nas perfurações nata de cimento a alta pressão, que penetra nos vazios do solo, formando um bulbo, e ancorando as barras metálicas. Passado o tempo de cura da nata de cimento, os tirantes são protendidos e presos na parede de concreto, o que faz com que esta estrutura seja “empurrada”

contra o maciço. 2.6.5 Drenagem As obras de drenagem têm por finalidade a captação e o direcionamento das águas do escoamento superficial, assim como a retirada de parte da água de percolação do maciço. Podem ser utilizadas como o único recurso para estabilizar o maciço ou como um recurso adicional das obras de estabilidade do talude associada a contenções, retaludamento ou proteções diversas. Dutra (2013) cita que para o seu dimensionamento deve ser realizado um estudo no local sobre os índices pluviométricos, a área da bacia de contribuição e as características dos materiais por onde escoam as águas a serem drenadas. 

Drenagem Superficial

A drenagem superficial tem a função de captar e direcionar as águas do escoamento superficial por meio de canaletas, valetas, etc. Essa drenagem diminui a erosão causada pela água no solo e diminui a infiltração da água no maciço (GERSCOVICH, 2009).


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Drenagem Profunda

Junto com a drenagem superficial, a drenagem profunda completa todo sistema de drenagem de uma obra de contenção. A drenagem profunda tem função de coletar a água infiltrada no maciço para fora do mesmo, evitando saturação do solo e, consequentemente, a atuação da pressão neutra sobre contenção (GERSCOVICH, 2009).

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2.6.6 Solo Reforçado Este método consiste na introdução de elementos resistentes no solo do talude a fim de aumentar a resistência do mesmo. Diversos materiais podem ser utilizados nesse reforço, como: terra armada, geossintéticos ou materiais alternativos. O método de execução é o chamado “Down-Top” (de baixo para cima). Durante a execução do aterro a ser reforçado, a cada camada de solo compactado executada, faz-se o intercalamento com uma camada de elementos resistentes. À medida que o aterro vai sendo alteado, o talude reforçado vai tomando forma. Geralmente, a face do talude reforçado recebe um revestimento, para que problemas como erosão, possam ser evitados.

2.7 Métodos de proteção Para que os métodos de proteção sejam implementados, é necessária uma avaliação das características da geometria do talude e do movimento de queda dos blocos, pois ao se realizar uma modelagem da queda, pode-se determinar a distancia máxima que um bloco é capaz de percorrer, ao se destacar de uma parede de rocha, além da energia adquirida pelo bloco durante a queda. Segundo Azevedo (2006), as principais medidas de proteção são baseadas nos seguintes critérios: Locação da estrutura a ser construída a uma distancia segura da parede de rocha. Construção de bermas; Construção de barreiras para impedir a movimentação dos blocos; Abertura de trincheiras para absorção da energia de queda e para capturar os blocos, e Construção de malhas metálicas. 

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3. CONCLUSÕES Cada vez mais, os estudos da estabilização de taludes juntamente com suas formas de contenção se tornam necessários devido aos grandes desastres acarretados pelos deslizamentos de terras. A tendência é que esses escorregamentos não parem, pois a urbanização, o desmatamento, chuvas não param de aumentar. Portanto a prevenção se torna cada vez mais necessária, principalmente em áreas de maior risco.

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4. REFERÊNCIAS 4.1. Artigos em Periódicos: GERSCOVICH, D. M. S. Estabilidade de Taludes. 2009. 160 f. – Notas de Aulas Faculdade de Engenharia da Universidade do Estado do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro 2009. Disponível em http://www.eng.uerj.br/~denise/pdf/estabilidade.pdf.

4.2. Livros Azevedo I C D, Marques E A G. Introdução à mecânica das rochas. 1ª ed. Viçosa: UFV; 2006.

4.3. Teses e dissertações Dutra V A S. Projeto de estabilização de taludes e estruturas de contenção englobando dimensionamento geotécnico e estrutural. [Trabalho de conclusão de curso]. Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro; 2013. Fiamoncini C M. Estabilização de talude através da técnica de cortina atirantada – estudo de caso. [Trabalho de conclusão de curso]. Universidade do Extremo Sul Catarinense, Criciúma; 2019. Gonçalves J A G. Estabilidade de fundações e taludes em maciços rochosos. [Tese de Mestrado].Universidade Nova de Lisboa, Lisboa; 2013. Junior I P. Caracterização geotécnica e analise de estabilidade de taludes de mineração em solos da mina de Capão Xavier. [Tese de Mestrado]. Universidade Federal de Viçosa, Viçosa; 2005. Pereira T S. Avaliação do desempenho de diferentes métodos de análise de estabilidade de taludes em barragens de terra. [Tese de Mestrado]. Universidade Federal de Santa Maria, Santa Maria; 2013. Takara A H, Lavieri B F, Silva M A, Matheus R H S, Manchini T R. Estabilização de taludes com solo reforçado com elementos geossintéticos. [Trabalho de conclusão de curso]. Universidade Anhembi Morumbi, São Paulo; 2011.

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