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UNIVERSIDADE DO ESTADO DE MATO GROSSO CAMPUS DE SINOP FACULDADE DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGIAS CURSO DE ENGENHARIA CIVIL GEOTECNIA III Aula 11 – Técnicas Técnicas de estabilização estabilização de de encostas - Introdução Introdução

Eng. Civil Augusto Romanini (FACET – Sinop)

Sino Sinop p - MT

AULAS Aula 00 – Apresentação / Introdução

Parte I – Fluxo no solo

Aula 01 – Fluxo no solo

Aula 02 – Redes de Fluxo confinado

Aula 03 – Redes de Fluxo não confinado

Aula 04 – Erosão interna e Ruptura Hidráulica

Aula 05 –

Parte II – Barragens de Terra

Aula 06 – Barragens

Aula 07 – Elementos de Projeto

Aula 08 – Instrumentação de barragens e análises

Aula 09 – Aspectos construtivos

Aula 10 – Pequena Barragem de terra – “Pré Projeto”

Parte III – Taludes e Estruturas de contenção

Aula 11 – Técnicas de estabilização de encostas

Aula 12 – Estruturas de contenções

Aula 13 – Escoramento Provisório

Aula 14 – Cortinas de Contenção

Aula 15 – Cortinas Atirantadas

AULAS Aula 00 – Apresentação / Introdução

Parte I – Fluxo no solo

Aula 01 – Fluxo no solo

Aula 02 – Redes de Fluxo confinado

Aula 03 – Redes de Fluxo não confinado

Aula 04 – Erosão interna e Ruptura Hidráulica

Aula 05 –

Parte II – Barragens de Terra

Aula 06 – Barragens

Aula 07 – Elementos de Projeto

Aula 08 – Instrumentação de barragens e análises

Aula 09 – Aspectos construtivos

Aula 10 – Pequena Barragem de terra – “Pré Projeto”

Parte III – Taludes e Estruturas de contenção

Aula 11 – Técnicas de estabilização de encostas

Aula 12 – Estruturas de contenções

Aula 13 – Escoramento Provisório

Aula 14 – Cortinas de Contenção

Aula 15 – Cortinas Atirantadas

CONCEITOS BÁSICOS ENCOSTAS NATURAIS CARACTERIZAÇÃO DE ESCORREGAMENTOS MÉTODOS DE ESTABILIDADE ESTABILIZAÇÃO DE ENCOSTAS NATURAIS

CONCEITOS BÁSICOS Solos: (CAPUTO, – Materiais que resultam do intemperismo das rochas, por desintegração mecânica ou decomposição química. (CAPUTO, 1988) a) Solos Solos Resid Residua uais is – são são os que que perm perman anec ecem em no loca locall da roch rocha a de orige origem m, observ observan andodo-se se uma uma gradu gradual al tran transiç sição ão do solo solo até até a roch rocha. a. b) Solos Solos Sedim Sediment entare aress – são são os que que sofre sofrem m a ação ação de agen agente tess trans transpo port rtad ador ores, es, pode podend ndo o ser ser aluv aluvio iona nare ress (tra (trans nspo port rtad ados os pela pela água água), ), eólic eólicos os (pelo (pelo vent vento), o), coluv coluvion ionare aress (pela (pela ação ação da gravid gravidade ade)) c) Solos olos de Form Formaç ação ão Orgâ Orgân nica ica – são são os de orig origem em esse essenc ncia ialm lmen ente te orgâ orgâni nica ca,, seja seja de natu naturez reza a vege vegeta tall (pla (plant ntas as,, raíz raízes es), ), seja seja animal animal (conchas). (conchas). Rocha: materia riais is natu naturai raiss cons consoli olida dado dos, s, duro duross e com compact pactos os,, da cros crosta ta terre terrest stre re ou litos litosfe fera. ra. – mate a)

Rochas Magmáticas – são as resultantes do resfriamento e consolidação de material fundido ou “magma”. Se

form formad adas as a gran grand des prof profun und dida idades des são cham hamadas adas de intr intrus usiv ivas as,, e de extr extrus usiv ivas as quan quand do se form formam am na supe superf rfíc íciie atrav através és do resf resfria riam mento ento de “lava” b) Rochas Rochas Sedim Sediment entares ares – – form formadas adas pela pela depo deposi siçã ção o de detri detrito toss oriun oriundo doss da desa desagr greg egaç ação ão de rocha rochass preex preexist istent entes es..

provêm da transf transform ormaçã ação o ou metam metamorf orfism ismo o das rochas rochas magm magmátic áticas as ou sedim sediment entare ares. s. c) Rochas Rochas Metamó Metamórfi rficas cas – – provêm

CONCEITOS BÁSICOS Taludes: Definição (1): Compreende-se quaisquer superfícies inclinadas que limitam um maciço de terra, de rocha ou de terra e rocha. Podem ser naturais, casos das encostas, ou artificiais, como os taludes de cortes e ater ros. Definição (2) : Talude é a denominação que se dá a qualquer superfície inclinada de um maciço de solo ou r ocha. Ele pode ser natural, também denominado denominado encosta, ou construído pelo homem, homem, como, por exemplo, os aterros e cortes – (Gerscovivh,2012).

CONCEITOS BÁSICOS TALUDE NATURAIS

• Materiais

ARTIFICIAIS

muita variabilidade e heterogêneo, sendo necessário várias amostras –

• Fluxo de água é de difícil

determinação, precisando ser instrumentado • Geometria

determinação

de

difícil

• Materiais

em alguns casos, homogêneo –

• Fluxo, geralmente, pode

ser determinado • Geometria predefinida.

CONCEITOS BÁSICOS Quanto ao material:

Rochosos

Quanto a origem:

Naturais

Encostas naturais

As encostas naturais são os taludes que estão em condição natural, ou seja, não sofreram nenhum tipo de intervenção humana. Estes elementos estão sujeitos a situações de escorregamentos naturais ou ocasionados pela ação antrópica. ENCOSTAS

Solos

Artificiais

A causa dos escorregamentos naturais está relacionada devido a tendência da natureza ao processo de peneplanização, este comportamento significa que o solo das encostas tendem a descer até que atinjam o nível da base

ENCOSTAS NATURAIS Os taludes naturais podem ser construídos por solo residual e/ou solo coluvionar , além de rocha. Lembre – se das característica do solo e o que lhe deu origem. Quanto ao formato os taludes podem aproveitar forma de face plana ou face curva, que geram caminhos preferência de fluxo. As encostas naturais estão sempre sujeitas a problemas de instabilidade, por que as forças gravitacionais contribuem naturalmente para deflagrar o movimento, tanto que é comum observar encostas que se mantiveram estáveis por muitos anos sofrerem processos de movimentação. Esta movimentação esta atrelada a situação em que se igualam as tensões da massa com a resistência de cisalhamento do solo.

G e r s c o v i v h ,2 0 1 2

ENCOSTAS NATURAIS

Tipos de movimento

A instabilidade das encostas é consequência da própria dinâmica de evolução das encostas ( Tendência natural a planificação). Com o avanço dos processos físico-químicos de alteração de rochas ( intemperismo), o material torna – se menos resistente e com influencia da topografia, geram – se condições de rupturas. Essas rupturas são denominados de movimentos de massa. O movimento de massa é descrito como qualquer deslocamento de um determinado volume do solo. Em geral, os autores descrevem o movimento de massa com processos associados a problemas de instabilidade de encostas. Isto resultou em diversas classificações , sendo a de Varnes,1978 a mais utilizada internacionalmente.”.

ENCOSTAS NATURAIS

Tipos de movimento

No entanto a maioria das classificações tem caráter regional, em decorrências das características climáticas e geológica. No Brasil, a proposta de Augusto Filho,1992 é apresenta um “síntese” da classificação brasileira e denominações “mais utilizada

ENCOSTAS NATURAIS

Tipos de movimento

No entanto a maioria das classificações tem caráter regional, em decorrências das características climáticas e geológica. No Brasil, a proposta de Augusto Filho,1992 é apresenta um “síntese” da classificação brasileira e denominações “mais utilizada.

ENCOSTAS NATURAIS

Tipos de movimento

ENCOSTAS NATURAIS

Agentes Causadores

ENCOSTAS NATURAIS

Agentes Causadores

ENCOSTAS NATURAIS

Agentes Causadores

Alteração da geometria: alteração do estado de tensões redução da tensão horizontal

Alteração da Geometria

ENCOSTAS NATURAIS

Agentes Causadores

Mudança no estado de tensão

  c' ' tan '



c'(  u) tan '

Aumento de poro-pressão

ENCOSTAS NATURAIS

Sobrecarga

Agentes Causadores

Outros

Erosão Interna

erosão interna ( piping )

CARACTERIZAÇÃO DE ESCORREGAMENTOS

Rastejo

O rastejo também pode ser chamado de creep e é caracterizado por um movimento lento das camadas superficiais do solo que se acelera em períodos chuvosos e se estabiliza em épocas de seca. Normalmente não causam problemas ou desastres , mas podem geram empuxos em estruturas, como pilares de pontes e viadutos. Nestes casos faz –se estrutura de proteção para garantir que estas ações não previstas no projeto, não ocorram. O movimento pode ser detectado pela inclinação de postes ou árvores na direção do talude. O rastejo pode evoluir para um escorregamento verdadeiro , portanto deve – se monitorar os movimentos anormais.

O monitoramento do rastejo pode ser realizado através da instalação de marcos superficiais ou inclinômetros ou acompanhamento da abertura de uma trinca.


Rastejo


Escorregamento Verdadeiro

O escorregamento verdadeiro é o deslizamento de volume de solo ( ou rocha) ao longo de uma superfície de ruptura bem definida que pode ser planar ou circular, ou em cunha.

Este tipo de movimento é o único que pode ser estudado, de maneira rigorosa, a partir da análise de estabilidade utilizando os métodos de equilíbrio limite: Bishop, Fellenius ou Método das cunhas





São causas principais dos escorregamentos verdadeiros: • Alteração na geometria do talude, tais como deslocamentos de pé, escavações, cortes ou retaludamento. Colocação de sobrecarga no topo da encosta. • Infiltração da água da chuva, que diminui a resistência efetiva do solo devi do aumento da poropressão. • Desmatamento dos taludes, causando aumento de escoamento superficial e efeito das raízes. • • Rebaixamento do nível da água. Erosão interna • Plantar vegetação desfavorável. ( Bananeiras) • A NBR 11682/2008 apresenta os termos utilizado para descrever um escorregamento.

G e r s c o v i v h ,2 0 1 2


Avalanche de detritos.

Também conhecidas como fluxo de detritos, Debris Flows, ou simplesmente “corridas”. São fenômenos classificados como desastres naturais pelo seu alto poder de destruição. Desenvolvem –se em períodos muito curto de tempo, tem elevadas velocidade de 5 a 20 cm/s e alta capacidade de erosão e grandes pressões de impacto. São caracterizados pelo transporte de detritos por grande distâncias, mesmo que a declividade seja baixa. Ocorrem normalmente após grandes períodos chuvosos e se originam a partir de um escorregamento de uma massa de solo e rocha formando um canal com água ( semelhante a um rio), este canal vai sendo ampliado e o teor de sólido aumenta com a evolução da avalanche. Início

2º Estágio

3º Estágio

20% de detritos

50% de detritos

80% de detritos



Corrida de detritos, Rio Vieira - RJ






Deslizamento de tálus e Erosão

O Tálus é como denomina –se o solo transportado por meio de ação gravitacional e que se concentra no pé de um talude, é composto de solo e bloco de rocha. Esse solo, quando saturado escoa como se fosse um fluido viscoso, sem a existência de uma linha de ruptura definida, esse movimento é associado a altura do talude ( ação gravitacional) e a pressão neutra. Em decorrência das ações antrópicas os processos erosivos tem sido deflagrados , causando alterações nos taludes naturais e movimentando as camadas mais superficiais. No entanto ressalta – se que o processo erosivo pode ocorrer de maneira natural . O processo erosivo é classificado de duas formas: I. Voçoroca – Processo erosivo em que a água proveniente do processo erosivo é subterrânea. II. Ravina - Processo erosivo em que á agua atua como agente de maneira superficial. Nas duas situações existem fatores internos e externos que desenvolvem o processo erosivo.


Deslocamento de bloco

É a queda livre de um bloco de rocha em razão da erosão e solapamento do apoio da base, pode ser associado ação antrópica.

MÉTODOS DE ESTABILIDADE Os métodos de cálculo expeditos para a estabilidade de taludes naturais são aplicados somente para escorregamentos verdadeiros , onde se tem uma superfície de ruptura bem definida. São utilizadas o método de talude infinito e o método de Culmann – Superfícies planares. O método de talude infinito aplica – se a taludes naturais com extensão grande em relação a espessura do solo. A superfície de ruptura ( plana) normalmente é o contato do solo com a rocha ou solo de alteração e paralela ao terreno.

MÉTODOS DE ESTABILIDADE

Talude Infinito

a) Solo não coesivo e não saturado   ∙  +   ∙  + 0  ∙  ∙  + 0   = = = = =   ∙   ∙   ∙  

b) Solo não coesivo e saturado  =

′ ∙  ( ∙ ℎ ∙  ∙  −  ∙ ℎ ∙  ∙ ) ∙    ∙  = =  ∙   ∙ ℎ ∙  ∙   ∙ 

c) Solo coesivo e não saturado   ∙  + ∙   ∙  ∙  ∙  ∙    = = = + = + = + = +   ∙   ∙   ∙    ∙    ∙  ∙ ℎ ∙  ∙       ∙  ∙  ∙    

d) Solo coesivo e saturado  =

  ∙  +  ∙   ∙ ℎ ∙  ∙  −  ∙ ℎ ∙  ∙  ∙  +  ∙   ∙  ∙  ∙  +  = =  ∙   ∙ ℎ ∙  ∙   ∙  ∙  ∙ 

Superfícies Planares

MÉTODOS DE ESTABILIDADE

 =

 ∙   ∙ 

Sem tirante  =

 +  ∙  −  −  ∙ )∙ ′ +  ∙   +  ∙  +  ∙ 

Com tirante  =

 +  ∙  +  ∙ ( + ) −  −  ∙ ) ∙ ′ +  ∙   +  ∙  +  ∙ −  ∙ (+ )

ESTABILIZAÇÃO DE ENCOSTAS NATURAIS Como estabilizar?

Rataludamento Estudos geológicos - geotécnicos

Diagnóstico

Classificação do movimento

Solução Monitoramento

Investigações

Análise da Estabilidade da Rocha

Estabilização de taludes em rocha

Instrumentação

Análise Estabilidade do Solo

Tipo de Solução

Drenagem e proteção superficial Cortinas Ancoradas Solo grampeado Muros Reforço com geossintéticos

ESTABILIZAÇÃO DE ENCOSTAS NATURAIS Estabilização de taludes em rocha

Desmonte e Fragmentação Realocação da estrutura

Caracterizar o problema

Ancoragem e chumbadores

Decisão de projeto

Preenchimento de fissuras

Implantação de banquetas

Proteção superficial Eliminação

Com contrafortes Com grelhas

Concreto Projetado

Drenagem

Estabilização Banquetas de redução de energia

Convivência

Barreiras flexíveis

Barreiras e muros de impacto Tela metálica Trincheira para coleta de blocos

Muros rígidos

ESTABILIZAÇÃO DE ENCOSTAS NATURAIS Estabilizar uma encosta significa: Prevenir, ou seja aumentar o fator de segurança contra possíveis movimentos.  Corrigir, ou seja frear o movimento e monitorar os movimentos para evitar o deslizamento.  Estabilização de taludes em solo

Suavização Retaludamento Bermas ou Banquetas

Aterro

Cortes

Solo Grampeado Muros

Drenagem e proteção superficial

Reforço com geossintético Cortinas Atirantadas

Estabilização de taludes em rocha

Aula 15

Drenagem superficial

ESTABILIZAÇÃO DE ENCOSTAS NATURAIS

O objetivo da drenagem é diminuir a infiltração de águas pluviais, captando as e escoando – as por canaletas dispostas longitudinalmente, na crista do talude e em bermas, e , transversalmente, ao longo de linhas de maior declividade do talude. Para declividades grandes, pode ser necessário recorrer a escadas de água, para minimizar a energia de escoamento das águas. Esta solução é de baixo custo e a mão de obra utilizada não precisa ser especializada.

canaletas Talus


Drenagem profunda

A ideia principal da drenagem profunda é abaixar o nível do lençol freático e reduzir as pressões neutras que atuam sobre o talude , e assim aumentar a resistência e estabilidade do talude. Os mais utilizados são os DHP , Drenos horizontais profundos.


Proteção Superficial

Os sistemas de proteção de taludes têm como função reduzir a infiltração e a erosão decorrentes da precipitação de chuva sobre o talude. Em geral os projetos de estabilização combinam aspectos do sistema de drenagem ( superficial ou profundo) com a proteção superficial. Não existe regra para concepção de projetos de proteção superficial. concreto projetado ou geomembrana

• Evita ou minimiza erosão superficial • Evita infiltração • Aumenta a resistência da superfície do talude (raízes).


Grama


Concreto projetado


Geocélula



BioManta




Fonte: www.proventionconsortium.org


Retaludamento

Retaludamento – Definição : Intervenções para estabilização de taludes, através da mudança de sua geometria, particularmente através de cortes nas partes mais elevadas, visando regularizar a superfície e, sempre que possível, recompor artificialmente condições topográficas de maior estabilidade para os materiais que as compõem.

Fonte: www.proventionconsortium.org


Retaludamento

Os retaludamentos consistem em alterar a geometria do talude, quando houver espaço disponível, fazendo – se um jogo de pesos, de forma a alivia-los junto a crista e acrescenta – los junto ao pé do talude. Assim, uma escavação ou corte feito junto a crista do talude diminui uma parcela do momento atuante; analogamente, a colocação de um contrapeso junto ao pé do talude tem um efeito contrário, estabilizador. A técnica possibilita aumentar a estabilidade sem remover e substituir o material que constitui o talude. corte

corte

berma


Retaludamento


Taludes Rochosos

ESTABILIZAÇÃO DE ENCOSTAS NATURAIS Eliminação

Desmonte e Fragmentação

Taludes Rochosos

ESTABILIZAÇÃO DE ENCOSTAS NATURAIS Estabilização


Taludes Rochosos

ESTABILIZAÇÃO DE ENCOSTAS NATURAIS Estabilização


Taludes Rochosos

ESTABILIZAÇÃO DE ENCOSTAS NATURAIS Convivência

Tela metálica

Taludes Rochosos


MECÂNISMOS QUE LEVAM A RUPTURA

São aqueles que levam a um aumento dos esforços atuante s ou a uma diminuição da resistência do material que compõe o talude ou do maciço como um todo. O material que compõe um talude tem a tendência natural de escorregar sob a influência da força da gr avidade, entre outras que são suportadas pela resistência ao cisalhamento do próprio material. Causas externas: i. Mudança da geometria do talude (inclinação e/ou altura), devido a cortes ou ater ros, no talude ou em terrenos adjacentes; ii. Aumento da carga atuante ; iii. Atividades sísmicas, e outras... Causas internas: i. i. Variação do nível de água (N.A.), que pode gerar: ii. a) Aumento do peso específico do material; iii. b) Aumento da poro-pressão diminuição da pressão efetiva; iv. c) A saturação em areias faz desaparecer a coesão fictícia; v. d) Rebaixamento rápido do NA; vi. c)Diminuição da resistência do solo.


MECÂNISMOS QUE LEVAM A RUPTURA

Cada vez mais, o estudo dos processos de estabilização de taludes e suas formas de contenção tornam-se necessários, devido a desastrosas consequências que os escorregamentos acarretam. Pode-se dizer que a ocorrência dos mesmos deve aumentar, devido principalmente a: i. Aumento da urbanização e do desenvolvimento de áreas sujeitas a escorregamentos; ii. Desflorestamento contínuo destas áreas; iii. Aumento das taxas de precipitação causadas pelas mudanças de clima.


CONSEQUÊNCIAS DE UM ESCORREGAMENTO

É obvio que os escorregamentos geram custos, que podem ser classificados como diretos e indiretos. Os custos diretos correspondem ao reparo de danos, relocação de estruturas e manutenção de obras e instalações de contenção. Pode-se dizer que os custos indiretos são ainda maiores, podendo ser citados: a) Perda de produtividade industrial, agrícola e florestal, bem como potencial turístico devido aos danos locais e interrupção de sistemas de transporte; b) Perda de valor de propriedades, bem como de impostos referenciados por ele; c) Perda de vidas humanas, invalidez física ou trauma psicológico em moradores de locais afetados por escorregamentos.

Exemplo 01 Para o trecho do talude apresentado, defina a posição da linha de ruptura. O talude tem uma superfície extensa e em contato com um superfície rochosa. Solicita – se a análise t na condição saturada da região em questão.

 = 21,00 /³  = 18,50 /³ α=15º

 =

 =  ∙ 20º + 15

  ∙  +  ∙  ∙ ℎ ∙  ∙  −  ∙ ℎ ∙  ∙  ∙  +  ∙    ∙  ∙  ∙  +  = =  ∙   ∙ ℎ ∙  ∙   ∙  ∙  ∙ 

Exemplo 02 Para a encosta natural deseja – se saber o fator de segurança. O solo encontra – se saturado, devido a precipitação.

 = 19,00 /³  = 17,50 /³  =  ∙ 21º + 12

  ∙  +  ∙   ∙ ℎ ∙  ∙  −  ∙ ℎ ∙  ∙  ∙  +  ∙   ∙  ∙  ∙  +   = = =  ∙   ∙ ℎ ∙  ∙   ∙  ∙  ∙ 

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