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Geotecnia - UFMG Métodos de Estabilidade de Taludes em Solos GeoRio, 1999 Geotecnia - UFMG Métodos de Estabilidade de Taludes em Solos GeoRio, 1999 Geotecnia - UFMG Análise da Estabilidade de Taludes Infinitos (Taludes de Extensão Ilimitada) Talude Infinito uma massa de solo de inclinação constante, extensão ilimitada e condições uniformes em qualquer profundidade abaixo da superfície. Predomina a Ruptura Translacional superfície de ruptura plana e paralela á superfície. A ruptura Translacional caracteriza-se: -Superfície de ruptura é paralela á superfície, -Pequena espessura do material deslizante em relação á altura do talude, -local onde existe grande diferença de características entre o material deslizante e o da base (solo sobre rocha). Mariana Domiciano Fator de Segurança (somente quando tiver movimento) FS = Somatório Mr/ Somatório Ma) ou Fs = Somatório Fr/Somatório Fa) Superficie de ruptura paralela a superficie do talude Diferença dos materiais deslizantes e da base Geotecnia - UFMG Análise da Estabilidade de Taludes Infinitos (Taludes de Extensão Ilimitada) Uma das extensoes é muito maior que a outra. Geotecnia - UFMG Análise da Estabilidade de Taludes Infinitos (Taludes de Extensão Ilimitada) 1º Caso: Solo coesivo e não há percolação pelo talude 9 material acima da superfície do talude é assumido ser homogêneo e coesivo 9 Análise bidimensional, uma vez que é considerado que a dimensão ao longo da normal ao plano é unitária F1 F2 i b W S N H superfície do terreno superfície de ruptura b/cos i Forças que atuam: - Peso (Componentes da normal e horizontal). Enquanto F1=F2: talude está estável, quando elas desesquilibrarem rtem a instabilidade Geotecnia - UFMG Análise da Estabilidade de Taludes Infinitos (Taludes de Extensão Ilimitada) Definição das forças atuantes: Peso por área unitária de talude: W = H.J. b Componente do peso normal á superfície de ruptura: N = W.cos i = H.J. b.cos i Componente do peso paralela á superfície de ruptura: S = W.sen i = H.J. b.sen i Hipótese: F1 = F2 Definição do Fator de segurança: Wr = tensão cisalhante resistente Wa = tensão cisalhante atuante a rFS W W Resistência = Força de Cisalhamento Ruptura Translacional de massa: Geotecnia - UFMG Análise da Estabilidade de Taludes Infinitos (Taludes de Extensão Ilimitada) Tensões normais e cisalhantes na base do elemento de solo: V = N/A W = S/A A área é unitária, sendo considerada a superfície de ruptura V = N/A (tensões normais) W = S/A (tensões cisalhantes) Tensões cisalhantes atuantes: Wa = S/b.cos i = (H J b seni)/ (b/cosi) Wa = H J seni. cosi Tensões cisalhantes resistentes: Wa = c + V tg I = c + H J cos2 i tg I c e I = parâmetros do solo de fundação(abaixo da superfície de ruptura) obtidos de ensaios drenados, dependendo do tipo de análise – tensões totais ou efetivas i L b Superfície de ruptura Geotecnia - UFMG Análise da Estabilidade de Taludes Infinitos (Taludes de Extensão Ilimitada) Fator de Segurança FS = c+ V tg I / H J seni. cosi FS = c+ H J cos2 i tg I / H J seni. cosi Como sen i. cos i = sen 2i/2 Altura Crítica: a estabilidade de um talude é função de sua altura crítica tg i tg seni .cosi H cFS IJ � tg i tg sen2i . H 2cFS IJ � IJ tg-i ( tg icos cH 2 c 2º Caso: Solo coesivo e há percolação pelo talude 9 Admite a solução de fluxo estabelecido paralelo á superfície do talude Análise da Estabilidade de Taludes Infinitos (Taludes de Extensão Ilimitada) i H superfície do terreno superfície de ruptura F1 F2 b W S N b/cos i Linha de fluxo Equipotencial Equipotencial Hw Efeito das poropressões Hw = H. cos2 i Geotecnia - UFMG Hw TEM PERCOLAÇÃO DE ÁGUA!! PORO PRESSÃO ESTÁ LOCALIZADA NA SUPERFÍCIE DE RUPTURA TEM QUE CALCULAR A RESULTATE DA PORO PRESSÃO = FORÇA X DISTANCIA QUE ESTÁ ATUANDO 2º Caso: Solo coesivo e há percolação pelo talude Poropressão U = Jw . H. cos2 i Tensão efetiva V’ = J . H. cos2 i - Jw . H. cos2 i V’ = Jsub . H. cos2 i Tensão cisalhante atuante W = J . H. sen i . cos i FS = (c + Jsub . H. cos2 i . tgI)/ (J . H. sen i . cos i) Análise da Estabilidade de Taludes Infinitos (Taludes de Extensão Ilimitada) i tg tg . cosi . seni . H . cFS s a t s u b I J J ¸¸¹ · ¨¨© §� satγ Geotecnia - UFMG FS > ESTÁVEL FS < 1 INSTÁVEL AÇÒES PARA MELHORAR ESTABILIDADE DO TALUDE - DIMINUIR O ANGULO DE INCLINACAO DO TALUDE (SUAVIZAR ELE) - GRAMA ESTAQUEADA - PLANTAR LEGUMINOSAS E GRAMINEAS PROFUNDAS 1 – Um maciço com talude infinito constituído de solo silto-argiloso rompeu após uma chuva intensa em virtude de ter ficado totalmente saturado e de ter perdido sua parcela devido a coesão. Calcular o FS que existia antes da chuva, quando o NA estava abaixo do topo da rocha, admitindo quea ruptura se deu com coeficiente de segurança unitário. Aplicação Dados J (kN/m3) C kPa I (o) Antes da chuva 17 20 Depois da chuva 19 0 0 1 3,5 4 m Rocha Geotecnia - UFMG 2 – Dado um solo coesivo em um talude infinito constante, assumindo que não há percolação e nem poropressão, calcule: a) Máxima tensão cisalhante desenvolvida na provável superfície de ruptura, b) Resistência ao cisalhamento máxima, c) Profundidade onde as tensões atuantes se igualam ás tensões resistentes, d) Fator de segurança Aplicação Geotecnia - UFMG J (kN/m3) C’ kPa I’ (o) H (m) I (O) 18 36 14 3 22 3 – Considerando que o talude do exercício anterior deverá receber um material com peso específico de 17 kN/m3, calcule qual poderá ser a altura do material lançado para que se tenha um FS = 2. 4 – Calcule o FS para o talude do exercício 2 após um período de chuvas intensas, que fez com que o NA chegasse á superfície do talude estabelecendo um regime de fluxo permanente. Aplicação Geotecnia - UFMG Geotecnia - UFMG Análise da Estabilidade de Taludes com ruptura Rotacional Geotecnia - UFMG Análise da Estabilidade de Taludes com ruptura Rotacional É comum ocorrer em solos coesivos ou quando a profundidade crítica é aproximadamente igual á altura do talude. Solo homogêneo: superfície de ruptura circular Solo heterogêneo: superfície de ruptura mista Métodos que discretizam a massa deslizante em fatias. A partir das forças que atuam em cada fatia obtem-se a estabilidade da massa. A divisão em fatias deve ser feita de tal modo que se tenha a base constituída de um único material e o topo não deve apresentar descontinuidades, Procurar dividir as fatias com a mesma largura = bi Método das Fatias Solos coesivos pq é onde ocorre a rotacao de tensoes principais. Geotecnia - UFMG Análise da Estabilidade de Taludes com ruptura Rotacional Base da fatia Dois materiais Descontinuidade na Superfície do terreno Erro no topo Erro na base Erros de subdivisão de fatias A subdivivão deveria ter terminado no solo amarelo Geotecnia - UFMG C R fatias Di Superfície de ruptura Centro da Superfíciede ruptura Método das Fatias Para este método divide-se o corpo deslizantes em fatias. A superfície de ruptura pode ter uma forma qualquer, porém os métodos de Fellenius e Bishop empregam superfície de ruptura circular. No método das fatias podem ser feitas análises em termos de tensões totais ou efetivas. Para as análises serão usados os parâmetros de resistência c e I, os quais podem variar para cada camada de solo. No método das fatias o FS é definido como a relação entre momentos resistentes e os atuantes. A R M MFS ¦ ¦ MR = momento resistente MA = momento atuante Geotecnia - UFMG Método das Fatias Wi = peso total da massa de solo deslizante Ni = componente do peso normal á superfície de ruptura Ti = componente do peso tangencial á superfície de ruptura Si = força resistente ao deslizamento resultante mobilizada ao longo da superfície de ruptura R = reação á componente normal ao peso (N) U = resultante das forças devido ás poro-pressões X = forças nas interfaces das fatias Ei = forças de empuxo b = largura da fatia li = b/cosD h = altura da fatia – medida no centro da fatia i = número de fatias Di Ni Ui Ti Wi Ei+1 Ei Xi Xi+1 bi li Si R h Tangencial da força peso Normal da força peso Poro pressao está aplicado em todas as bases da fatia Geotecnia - UFMG 1 - Método de Fellenius Hipótese: Considera que não há interação entre as fatias, isto é a resultante das forças laterais em cada lado da fatia são colineares e iguais, anulando-as. O equilíbrio é na direção normal á base da fatia. O caso mais geral é o do talude com percolação de água. O valor da poropressão ao longo da superfície de ruptura é obtido traçando-se a rede de fluxo. Em cada ponto desta superfície toma-se o valor da carga piezométrica hw. W = J . Área (aplicado no centro da fatia) O equilíbrio na direção normal: N = N’+U = W .cosD N’= W.cosD - U = W.cosD - u.l O momento resultante : O momento atuante: Fator de Segurança pelo Método de Fellenius: ¦ n 1 A w.senαM ¦ �� n 1 ' R u.l ) .tgφ( w.cosα.lcM ' ¦ ¦ �� n 1 n 1 ' W.senα u.l ) .tgφ( W.cosα.lc FS ' Não considera forças inter partículas Geotecnia - UFMG 1 - Método de Fellenius Considerações Os valores do ângulo D para cada fatia: Fatia Instabilizadora = D > 0 Fatia Estabilizadora = D < 0 C R Di Fatia Estabilizadora Fatia Instabilizadora Di + - Geotecnia - UFMG Método das Fatias – Casos Particulares Caso 1 Se a fatia for constituída de solos diferentes considerar cada trecho; Peso da fatia: Wi = (J1h1 +J2h2 +.... + Jjhj ) . bi Pressão vertical total = Wi + Qi Parâmetro de poropressão “ru”: se não tenho como medir poropressão é comum adotar-se um valor de “ru” constante em todas as fatias bi h1 J1 J2 J3 h2 h3 v u σ ur ¦ ¦ ��� n 1 n 1 'u W.senα cosα bc) .tgφ cosα r( cosαW FS Geotecnia - UFMG Método das Fatias – Casos Particulares Caso 2 Taludes sob percolação 1 1,75 Desenho sem escala 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 111 1,75 Desenho sem escala 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 NA NT l P W dreno freática Linhas de fluxo hw P está no centro da base de cada fatia m = Jw . hw Geotecnia - UFMG Método de Fellenius - Exemplo Geotecnia - UFMG Método de Fellenius - Exemplo Camada C = Coesao ( Kpa ) Atrito = " Fi " ( º ) Peso satu- rado = Gama Sat Fatia Largu- ra B ( m ) Incli- nação Alfa de cada fatia ( º ) Altura da fatia na cama - da A ( m ) Altura da fatia na cama - da B ( m ) Altura da fatia na cama - da C ( m ) Altura da fatia na cama - da D ( m ) Altura da fatia na cama - da E ( m ) Poro - pressã o U A 120 0 18 01 2,40 60,00 2,50 0,00 B 0 35 20 02 3,00 49,20 5,00 1,60 0,00 C 20 0 16 03 6,00 35,50 5,00 3,00 2,60 0,00 D 04 6,00 19,00 5,00 3,00 5,70 0,00 E 05 5,00 6,00 3,80 3,00 6,90 0,00 06 5,00 -6,00 1,30 3,00 6,90 0,00 07 7,40 -22,00 3,00 5,40 0,00 08 4,40 -38,00 3,00 2,00 0,00 09 2,60 -50,00 1,60 0,00 10 0,00 11 0,00 12 0,00 13 0,00 14 0,00 15 0,00 Fator De Segurança po Fellenius ( Algebricamente ) = FS = Fator De Segurança po Bishop Modificado ( 100 iterações . ) = FS = Dados de camadas . ( Máximo 5 . ) Planilha para cálculo de estabilidade de taludes pelo metódo de Fellenius e Bishop Modificado . Preparada para casos de no máximo 5 camadas , 15 fatias e 100 iterações . Dados de fatias . ( Máximo 15 . ) 1,876539401 2,156539436 Geotecnia - UFMG Método de Fellenius - Exemplo Fatia B ( m ) hA hB hC hD hE GamaSat x hA GamaSat x hB GamaSat x hC GamaSat x hD GamaSat x hE ?(GamaSat x hi) 01 2,40 2,50 0,00 0,00 0,00 0,00 45,00000 0,00000 0,00000 0,00000 0,00000 45,00000 02 3,00 5,00 1,60 0,00 0,00 0,00 90,00000 32,00000 0,00000 0,00000 0,00000 122,00000 03 6,00 5,00 3,00 2,60 0,00 0,00 90,00000 60,00000 41,60000 0,00000 0,00000 191,60000 04 6,00 5,00 3,00 5,70 0,00 0,00 90,00000 60,00000 91,20000 0,00000 0,00000 241,20000 05 5,00 3,80 3,00 6,90 0,00 0,00 68,40000 60,00000 110,40000 0,00000 0,00000 238,80000 06 5,00 1,30 3,00 6,90 0,00 0,00 23,40000 60,00000 110,40000 0,00000 0,00000 193,80000 07 7,40 0,00 3,00 5,40 0,00 0,00 0,00000 60,00000 86,40000 0,00000 0,00000 146,40000 08 4,40 0,00 3,00 2,00 0,00 0,00 0,00000 60,00000 32,00000 0,00000 0,00000 92,00000 09 2,60 0,00 1,60 0,00 0,00 0,00 0,00000 32,00000 0,00000 0,00000 0,00000 32,00000 10 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00000 0,00000 0,00000 0,00000 0,00000 0,00000 11 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00000 0,00000 0,00000 0,00000 0,00000 0,00000 12 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00000 0,00000 0,00000 0,00000 0,00000 0,00000 13 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00000 0,00000 0,00000 0,00000 0,00000 0,00000 14 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00000 0,00000 0,00000 0,00000 0,00000 0,00000 15 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00000 0,00000 0,00000 0,00000 0,00000 0,00000 ¦ ¦ ¿¾ ½ »¼ º ¯ ® «¬ ª ¹¸ · ©¨ § �� n 1 n 1 λhb.senα tgφ cosα μγhcosα cosα c b FS Geotecnia - UFMG Método de Fellenius - Exemplo Fatia Coe são C em KPA Atrito " Fi " em graus Largu- ra B ( m ) ?(Gam aSat x hi) Inclina ção Alfa da fatia Poropres- são U ?gamah*(co s alfa ) Poropressao / ( cos de alfa ) Parenteses * ( tg de fi ) ( C / ( cos alfa ) ) Numera dor : b * [ col chetes ] Denominador 01 120 0 2,40 60,00 0,00 22,50000 0,00000 0,00000 240,00000 576,00000 93,53074 02 0 35 3,00 49,20 0,00 79,71731 0,00000 55,81866 0,00000 167,45599 277,06019 03 20 0 6,00 35,50 0,00 155,98453 0,00000 0,00000 24,56654 147,39923 667,57612 04 20 0 6,00 19,00 0,00 228,05908 0,00000 0,00000 21,15241 126,91448 471,16223 05 20 0 5,00 6,00 0,00 237,49183 0,00000 0,00000 20,11017 100,55083 124,80699 06 20 0 5,00 -6,00 0,00 192,73834 0,00000 0,00000 20,11017 100,55083 -101,28808 07 20 0 7,40 -22,00 0,00 135,73972 0,00000 0,00000 21,57069 159,62314 -405,83380 08 20 0 4,40 -38,00 0,00 72,49699 0,00000 0,00000 25,38036 111,67360 -249,2197709 0 35 2,60 -50,00 0,00 20,56920 0,00000 14,40271 0,00000 37,44705 -63,73490 10 0 0 0,00 0,00 0,00 0,00000 0,00000 0,00000 0,00000 0,00000 0,00000 11 0 0 0,00 0,00 0,00 0,00000 0,00000 0,00000 0,00000 0,00000 0,00000 12 0 0 0,00 0,00 0,00 0,00000 0,00000 0,00000 0,00000 0,00000 0,00000 13 0 0 0,00 0,00 0,00 0,00000 0,00000 0,00000 0,00000 0,00000 0,00000 14 0 0 0,00 0,00 0,00 0,00000 0,00000 0,00000 0,00000 0,00000 0,00000 15 0 0 0,00 0,00 0,00 0,00000 0,00000 0,00000 0,00000 0,00000 0,00000 Somatório 1527,61515 814,05973 0,00000 0,00000 0,00000 32,00000 0,00000 0,00000 0,00000 238,80000 193,80000 146,40000 92,00000 122,00000 191,60000 241,20000 45,00000 FS = 1527,61515 1,87654 814,05973 Geotecnia - UFMG 2 - Método de Bishop Simplificado O método leva em consideração a interação entre as fatias. Considerando a relação entre os momentos resistentes e atuantes , o FS é definido de modo semelhante ao apresentado no Método de Fellenius. Verificando o equilíbrio das fatias em duas direções ortogonais, tem-se: Como FS aparece em ambos os lados da igualdade este valor deve ser obtido por processo iterativo. Em geral, utiliza-se o valor do FS obtido pelo Método de Fellenius para a primeira iteração no Método de Bishop. ¦ ¦ »¼ º «¬ ª � n 1 n 1 `` W.senα Mθ .bcu.b) .tgφ-( W FS ¸¸¹ · ¨¨© § �� FS tgφtgα1cosαMθ ` Geotecnia - UFMG 2 - Método de Bishop Simplificado Laudo de Vistoria 1-LOCAL 8- CARACATERISTICAS DA OCORRÊNCIA 2- DATA DO PEDIDO 3- DATA DA VISTORIA: 8.1 Situação 4- ORIGEM/ MOTIVO DO PEDIDO Com possibilidade de ocorrência 5-SOLICITANTE Ocorrido 6-ASPECTOS REGIONAIS 8.2 Data: 6.1 Tipo de ocupação Densidade ocupacional Hora aproximada Favela Alta 8.3 Volume estimando material mobilizado Loteamento irregular Média 7.3- Drenagem: Condição: 8.4 Tipo(s) de Movimentos (s) 8.4.2- Classificação Área urbana estruturada Baixa Natural Satisfatória 8.4.1 Superfície de deslizamento Escorregamento de solo Trecho de encosta desocupada Construída Danificada Escorregamento de lixo/entulho solo Outras: Obstruída Sobre rocha Escorregamento de solo e rocha 6.2 Tipo de vegetação Insuficiente Sobre solo Ruptura de obra de contenção Arbórea Densidade: 7.4-Água subterrânea Outras Deslocamento de blocos/lascas Rasteira Alta Com surgência 8.5 Consequências Corridas Arbustiva Média Seco Obstrução das vias Outros: Nenhuma Baixa Tubulações rompidas Danos a moradia Vítimas fatais: Outros: Danos a bens públicos Sim:nº 7.5- Geometria do talude Vítimas não fatais Não 6.3- Relevo: h- altura (m) 8.6Descrição da ocorrência: Escarpado Ondulado E- extensão (m) Montanhoso Suave L- largura (m) 9-PROVIDÊNCIAS 11- RESPONSÁVEL a- inclinação (m) 7- CARACTERÍSTICAS LOCAIS 7.6- Riscos 7.6.2- Grau 10- OBSERVAÇÕES GERAIS: 12- ANEXOS: 7.1- Tipo de talude: Natureza do material 7.6.1- Tipo Alto Fotos Mapas Outros Encosta natural Solo Potencial Médio Talude de corte Rocha Instalado Baixo Talude de aterro Solo e rocha Inexistente Com obra de contenção Lixo/entulho Tipo(s) de obra(s): Matacões in situ Tálus Lascas OBSERVAÇÕES GERAIS: Outras: LAUDO DE VISTORIA Nº 1- Possibilidade de ocorrência de movimento de massa sem atingimento de moradias ou bens públicos 1- Possibilidade de ocorrência de movimento de massa com atingimento de moradias ou bens públicos 7.2- Espessura média aproximada do perfil de solo Bibliografia: Barata, F.E. (1984). Propriedades Mecânicas dos Solos.Ed. LTC. Cedergreen, H.R. (1977). Seepage, Drainage and Flow Nets. Ed. McGraw Hill. Craig, R.F. (1997). Soil Mechanics. Ed. E & F N Spon. Das, B. M. (1987). Advanced Soil Mechanics. Ed. McGraw Hill. Das, B. M. (1998). Principles of Geotechnical Engineering. Ed. PWS. Denise M.S.Gerscovich (2012). Estabilidade de Taludes. Ed.Oficina de Textos, 166 p. Figueiredo, R.B. (1994). Engenharia Social. Ed. Makron Books. Fredlund, D.G. and Rahardjo, H. (1993). Soil Mechanics for Unsaturated Soils. Ed. John Willey & Sons. GeoRio (2000). Manual Técnico de Encostas. Análise e Investigação. Rio de Janeiro, 253 p. Guidicini, G. e Nieble, C.M. (1976). Estabilidade de Taludes Naturais e de Escavação. Ed. Edgard Blücher. Head, K.H. (1984). Manual of Soil Testing. Ed. Pentech Press. Holtz, R. D. e Kovacs, W. D. (1981). An Introduction to Geotechnical Engineering. Ed. Prentice Hall. Lambe, T.W. and Whitman, R.V. (1979). Soil Mechanics - SI Version. Ed. John Willey & Sons. Maia, K. C. P. (2016). Notas de aula de Fundamentos de Geotecnia II. Massad, F. (2003). Obras de Terra. Ed. Oficina de Textos. Mitchell, J.K. (1990). Fundamentals of Soil Behavior. Ed. John Willey & Sons. Normas Técnicas da ABNT e ASTM. Ortigão, J.A.R. (1995). Introdução à Mecânica dos Solos dos Estados Críticos. Ed. LTC. Pinto, C.S. (2000). Curso Básico de Mecânica dos Solos. Ed. Oficina de Textos. Schnaid, F. (2000). Ensaios de campo e suas aplicações à Engenharia de Fundações. Ed. Oficina de Textos. Terzaghi, K. (1943). Theoretical Soil Mechanics. John Willey & Sons. Terzaghi, K. and Peck, R.B. (1967). Soil Mechanics in Engineering Practice. John Willey & Sons. Vargas, M. (1978). Introdução à Mecânica dos Solos. McGraw Hill.
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