TRABALHO DE SOLOS II UNIVASF

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INTRODUÇÃO
Dá-se o nome genérico de talude à superfícies de rocha ou solo, no qual formem ângulos com a horizontal de referência. Estes podem ser de origem natural, sendo formado pela ação da natureza, sem interferência humana, chamado de encostas, ou de origem artificial, formados ou modificados pela ação direta do homem, os quais podem ser chamados de aterros ou cortes. A principal problemática que está relacionada a essas estruturas é a sua estabilização, que está ligada a movimentação de massas de solos.
Como causa dessa instabilidade tem-se o desnível no terreno, e agregado a esse fator temos a gravidade e a força de percolação agindo assim de tal forma que o solo tende a ser movido para baixo. O material que compõe o talude, o solo, possui características próprias, sendo estas definidas pela sua composição, quando a resistência do solo não é suficiente para suportar tais esforços, uma parte do terreno tende a se mover em relação à outra, originando a ruptura.
Caputo, 1987, diz que a análise geotécnica tradicionalmente é avaliada através de métodos determinísticos que utilizam valores absolutos, porém temos ainda a utilização de abordagens probabilísticas que quantificam essas incertezas por meio de um índice de confiabilidade.
A estabilização de talude possui um vasto e amplo campo de possibilidades, onde a escolha de cada uma é feita de acordo com o tipo de problema que necessita ser solucionado, a viabilidade financeira e de execução da obra.
Na análise de estabilidade de talude, é encontrado um fator chamado Fator de Segurança (FS), ao qual nos indica o quão distante da ruptura encontra-se a massa de solo. Assim entendemos que quando maior for esse fator, mais seguro e mais longe de ocorrer ruptura está o talude analisado.
O presente trabalho vai mostrar a resolução do problema utilizando o Excel. Utilizando o método das fatias e o método de Bishop simplificado. Ao final compararemos os resultados obtidos.
TIPOS DE RUPTURA E MÉTODOS 
Tipos de Ruptura de Talude
As rupturas de talude podem ser classificadas em 5 tipo, abaixo esplanadas:
Escorregamentos (ou deslizamentos): trata-se de um movimento de massa de solo no sentido descendente, ocorrendo na superfície de ruptura;
Queda: desprendimento de parte do solo ou de fragmentos de rocha deslizando pelo talude;
Tombamento: trata-se de um movimento de rotação de massas rochosas ou de solo correndo aproximadamente abaixo do eixo de gravidade da massa que está sendo deslocada;
Escoamentos: parecidos com o fluxo de fluídos viscosos, esse é o movimento de massas de solos no sentido descendente;
Expansões laterais ou espalhamento): ocorre por movimento translacional por causa de um “movimento súbito de uma fração de areia ou silte recoberta por argila retentora de água ou sobrecarregada por aterro”.
 Equilíbrio limite
Este método se baseia na determinação do equilíbrio de uma massa ativa de solo, sendo a superfície de ruptura deste de forma circular, poligonal ou de qualquer outra forma geométrica.
Aqui a ruptura ocorre na superfície e todos os elementos ao longo desta atingem o FS de forma simultânea. 
O equilíbrio limite utiliza as seguintes premissas para a determinação do grau de estabilidade: 
Primeiro determina-se a potencial superfície de ruptura, seja ela circular, poligonal, plana, enfim, e todo o solo que ficar acima dessa superfície é chamado de corpo livre;
Depois calcula-se o equilíbrio estático das forças (∑𝐹𝑉 = 0, ∑𝐹𝐾 = 0, ∑𝑀 = 0). Tal equilíbrio é feito dividindo-se a massa em fatias e analisando-se este para cada uma das mesmas.
Figura 1-- Método das fatias
Fonte: Gerscovich (2009). 
Método das Fatias
Esse método se resume na divisão da massa potencial de ruptura em fatias verticais onde as equações de equilíbrio são aplicados, tanto na horizontal, quanto na vertical e o equilíbrio dos momentos fletores.
Contudo, podemos perceber que existem muito mais incógnitas do que equações, dificultando assim a resolução do problema. Dessa forma foram propostas algumas hipóteses simplificadoras.
Figura 2-Forças atuantes em uma fatia
Fonte: Gerscovich (2009).
A divisão das fatias é feita levando-se em consideração as forças que atuam em cada uma delas. Vale ressaltar que o valor das forças que atuam entre as fatias vizinhas é desprezado, baseando-se na lei de ação de reação, ou seja, forças com a mesma intensidade e sentidos opostos.
Figura 3-Método de Fellenius
Fonte: Gerscovich (2009).
A seguir temos os cálculos para a obtenção dos resultados, segundo Gerscovich, 2009, fazendo o equilíbrio na direção normal à superfície de ruptura.
Logo, temos:
𝑁 + (𝑋n+1 – 𝑋n − 𝑊)*cos ∝ − (𝐸n+1 – 𝐸n)*sin ∝ =0
Ou
𝑁 = (𝑊 + 𝑋n− 𝑋n+1)*cos ∝ − (𝐸n – 𝐸n+1)*sin ∝ =0
Substituindo o valor de N’ na equação, temos:
Este método assume que:
Onde N’= cos α
Assim, temos:
IMPORTANTE!!!!
Esse método tende a fornecer valores baixos de FS, ou seja, ele é um método conservativo;
Em círculos muito profundos e com elevados valores de poropressão, o método tende a fornecer valores pouco confiáveis;
O valor de α pode ser negativo em algumas lamelas, fazendo assim com que a parcela relativa à tensão efetiva seja negativa;
Sendo:
𝑁´ = (𝑊cos ∝ − 𝑢𝑙) < 0…𝑁´ = 0
Esta pode ocorrer em lamelas finas com elevado valor de poropressão, logo o valor desta parcela deve ser desprezado.
Método de Bishop Simplificado
A superfície de ruptura neste método tem a forma circular, possuindo uma resultante de forças entre as fatias na direção horizontal. Aqui o cálculo do equilíbrio das forças é feito na vertical, satisfazendo assim as equações de momento fletor e somatório de forças na vertical. Comparado ao de Fellenius, ele fornece resultados que chegam mais próximo dos métodos mais complexos.
Para o cálculo do FS, temos:
Sendo:
c’ e φ’ = coesão e ângulo de atrito para o solo do centro da base da fatia;
l = comprimento da base da fatia;
P = peso da fatia;
u= poropressão no centro da base da fatia;
△x = espessura da fatia;
θ= inclinação da base da fatia.
Diferentemente do método de Fellenius, o método de Bishop simplificado porque a superfície de ruptura é considerada de forma circular, existe uma resultante de força entre as fatias, sendo esta obtida no sentido horizontal. Por conta disso, o método anterior é mais conservador, com valores de FS baixos, logo este é mais utilizado, por dar um valor de FS mais próximo do problema a ser solucionado.
Técnicas de estabilidade de Talude
As técnicas de estabilização têm como principal objetivo o aumento do fator de segurança(FS), e para isso é necessário que sejam observados alguns fatores que necessitam sem levados em consideração para a melhor escolha da técnica a ser aplicada. Tais fatores são, o tipo de solo, o local onde a obra será realizada, a análise de estabilidade, ensaios de laboratório, a forma de execução da obra e a manutenção.
Logo abaixo temos uma pequena lista dos tipos de técnicas que podem ser utilizadas:
Retaludamento;
Tratamento Superficial;
Muro reforçado- Terra Armada;
Solo Grampeado;
Muro de arrimo de flexão / Muro de arrimo de flexão com contraforte
Muro de Pedra Arrumada;
Muro de Pedra Argamassada;
Muro de Gabião;
Muro de Sacarias;
Tirantes;
Cortina Cravada;
Crib Walls;
Retaludamento
Aplicável a qualquer tipo de solo, essa técnica pode ser adaptada para qualquer tipo de esforço. É simples, relativamente econômica e não estrutural.
Ela se resume em uma suavização do talude, por meio de cortes, com a finalidade de reduzir a inclinação. Requer espaço, sendo esse tanto a sua vantagem, como sua desvantagem, ou seja, ela é utilizada quando não há construções próximas, ou ainda quando há florestas que não podem ser desmatadas, do mesmo jeito a sua principal desvantagem é que a sua execução não pode ser realizada quando houver construções ou florestas em suas proximidades.
Figura 4-Seção de talude após retaludamento.
Fonte: Gerscovich (2009).Tratamento Superficial
O tratamento superficial é uma medida preventiva e tem como principal objetivo evitar a erosão do terreno no talude. São usados vários materiais, como vegetação rasteiras, telas (geossintéticos) e argamassa ou concreto jateados.
Figura 5-Tratamento superficial: vegetação rasteira.
Fonte: http://deflor.com.br/portugues/imagens/solucoes_img_taludes_02_03.jpg
Figura 6-Tratamento Superficial: jateamento de concreto.
Fonte: Neto (2015) 
Figura 7- Tratamento Superficial: uso geotêxtil.
Fonte: Neto (2015)
Muro reforçado- Terra Armada
Formados pela junção de solo compactado e armadura, além de um complemento externo formado por placas, chamadas de pele. 
O solo que envolve as armaduras ocupa um espaço que é chamado de “volume armado”, as armaduras são tiras metálicas que precisam passar por um tratamento superficial anticorrosão, elementos lineares, flexíveis e que trabalham a flexão. Elas são presas à pele por parafusos, são feitas de aço de galvanização especial e, no caso de obras marítimas ou obras provisórias, de alumínio ou mesmo aço de baixo teor de carbono. A “pele” pode ser feita de estrutura metálica flexíveis ou de placas de concreto armado.
A sua principal desvantagem está ligada ao fato de por ser uma tecnologia patenteada somente à empresa que detêm a patente pode realiza-la.
Figura 8-Muro reforçado- Terra armada.
Fonte: Neto (2015)
 Solo Grampeado
O processo inicia-se com o corte parcial, seguido da perfuração e inserção da barra de ferro. Depois da barra centralizada no furo, é injetada uma nata de cimento para fixá-la e a sua ancoragem é feita em toda extensão do chumbador, e não apenas no nicho final. Essa técnica é usada em solos firmes, pois a terra corre por entre os grampos.
Sua principal desvantagem está relacionada ao fato de que por sem uma técnica cara e complexa, requer uma mão-de-obra especializada.
	
Figura 9-Talude com solo grampeado.
Fonte: http://www.costafortuna.com.br/imagens/servicos/svc_solos_008.jpg
Muro de arrimo de flexão / Muro de arrimo de flexão com contraforte
Estruturas esbeltas, que possuem seção transversal em forma de “L” ou “T” invertido, que resistem aos empuxos por flexão. Elas são normalmente associadas a aterros ou reaterros, já que para a sua estabilidade ela usa o peso de uma porção de solo adjacente apoiada sobre a sua base, funcionando como se fosse parte do muro, e o peso próprio.
Formados por concreto, a sua base, formada por uma laje, costuma ter uma largura de aproximadamente 50 a 70% da altura do muro. Porém, quando o muro possui alturas maiores, recomenda-se a utilização de contrafortes (ou nervuras), para aumentar a estabilidade contra o tombamento.
Quando os contrafortes estão sob o reaterro, necessitam ser adequadamente armados para resistir a esforços de tração, caso contrário, trabalham à compressão, porém essa é uma forma pouco utilizada já que acarreta perda de espaço útil a jusante da estrutura de contenção.
Além disso, também podem ser ancorados na base com tirantes ou chumbadores (rocha), com a finalidade de melhoria da sua estabilidade. Isso só ocorre quando há limitação de espaço disponível para que a base do muro apresente as dimensões necessárias para a estabilidade e quando na fundação do muro ocorre material competente (rocha sã ou alterada). E seus sistemas de drenagem são de suma importância, sendo este composto de barbacãs e dreno de areia.
Figura 10-Muro de arrimo de flexão
Fonte: IPT.
Figura 1-Muro de arrimo de flexão com contraforte
Fonte: IPT
Muro de pedra arrumada
Constitui em um muro feito de pedras construído manualmente, sua resistência se dá ao encaixe dos blocos de pedras. A principal vantagem está ligada ao fato dele ser de fácil execução e por dispensar dispositivos de drenagem, já que o próprio material é possui capacidade de drenagem, o baixo custo, além de que se houver a disponibilidade de pedras no local, elas podem ser usadas na sua execução.
A sua desvantagem está relacionada ao fato de que a sua estabilidade interna requer que os blocos possuam dimensões semelhantes, o que dificulta muitas vezes no encontro das mesmas.
São recomendados exclusivamente para taludes de até 2 m, sua base necessita tem entre 0,50m e 1m além de precisar estar apoiada em uma cota inferior a do terreno para reduzir o risco de ruptura. 
Figura 12 - Muro de pedra arrumada.
Fonte:https://lh4.googleusercontent.com/-4HAhCDJBKs/VPmel1e40jI/AAAAAAAAHc4/4AYnYA-g4g0/w940-h564-no/muro-de-arrimo-01.jpg 
Muro de pedra argamassada
Podem ser usadas pedras de vários tamanhos já que entre estas é utilizado argamassa de cimento e areia. Por conta disso, o muro tem maior rigidez, porém perde sua capacidade de drenagem. Assim, se faz necessário o uso de dispositivos para drenagem, ou como dreno de areia geossintético no tardoz e tubos barbacãs para alívio de poropressões na estrutura de contenção.
Figura 13-Muro de pedra argamassada.
Fonte: http://jpremelhe.pt/images/banner1.jpg
Muro de Gabião
Constituído por uma gaiola preenchida por pedras britadas de forma densa, proporcionando uma boa drenagem e formando uma estrutura deformável, e a proteção da gaiola pode ser feita por PVC ou por argamassamento externo.
Podem ser baratos, já que utilizam pouco metal, porém estes muros têm forçosamente que ser bastante longos, pois é a largura que lhe vai dar estabilidade e segurança. Sendo assim, necessita-se uma grande quantidade de pedra e muita mão de obra.
Figura 2-Muro de Gabião
Fonte: Neto (2015)
Muro de sacarias
Trata-se de um muro composto de camadas de sacos com aniagem ou de geossintéticos, preenchidos por uma mistura cimento-solo da ordem de 1:10 a 1:15 (em volume). Essa mistura é feita e colocada em cerca de do volume útil do saco, assim realiza-se o seu fechamento através da costura manual.
Esse ensacamento facilita o transporte do material para o local da obra, além de dispensar o uso de fôrma na execução do muro. 
Os sacos são organizados em camadas horizontalmente, em seguida o material é compactado para reduzir o volume de vazios, geralmente feito com soquetes. O posicionamento dos sacos nas camadas é propositalmente desencontrado de uma camada para a anterior, isso ocorre para haver um maior inter travamento e assim uma maior densidade do muro.
Além de tudo isso, o muro ainda pode receber um tratamento externo com uma camada de argamassa de concreto magro, com a intenção de proteger contra a ação erosiva de ventos e águas superficiais.
Sua principal vantagem está ligada ao baixo custo e a não necessidade de mão-de-obra e equipamentos especializados.
Figura 15– Muro de sacarias
Fonte: http://www.arquitetaresponde.com.br/wp-content/uploads/2013/09/rip-rap.png
Tirantes
São elementos que resistem bem a tração, feito por barras de aço ou cordoalhas. São usadas para sustentação de paredes em escavações profundas, contenção de taludes e ancoragem de lajes, sendo provisórios ou definitivos, e este último necessita de tratamento superficial anticorrosão.
Sua principal desvantagem se deve ao custo alto para muros baixos e a exigência de firma especializada.
Figura 16– Tirantes
Fonte: Neto(2015)
Cortina Cravada
Solução utilizada em alturas menores, é susceptível a flexão, deformáveis e muitas vezes provisórias.
Nada mais são do que estacas ou perfis metálicos cravados no solo, sendo no último o vão fechado com pranchões de madeira ou placas de concreto armado.
Figura 17-Cortina Cravada.
Fonte: Loturco (1983)
Crib Walls
Nada mais é do que um sistema de peças de concreto armado encaixadas entre si no qual formam umas espécie de gaiola ou caixa, onde o seu interior é preenchido de material terroso ou com blocos de rocha, entulho ou seixos de maior seção. O concreto é responsável pela sua resistência e pela manutenção da sua forma, enquanto que o material do seu interior é responsável pela peso da estrutura de gravidade.
São estruturas naturalmentebem drenadas, por causa da sua forma, pouco sensíveis a movimentações e recalques, por conta disso são bastante utilizadas na construção de aterros em encostas e à execução de estradas pioneiras em regiões serranas, e também são implantadas em encostas bastante íngremes e em locais pouco estáveis.
Podem chegara até 20 metros de altura, além de necessitarem de filtro na interface entre o crib wall e o aterro para evitar a fuga de materiais.
Sua principal desvantagem está ligada ao custo alto para paredes de pequeno porte, além de que necessita de paredes de concreto pré-fabricadas e assim o seu transporte para o local da realização da obra.
Figura 38-- Crib Walls
Fonte: http://www.cob.org/government/departments/pw/projects/images/diversion-dam-road-repair-ew-174/crib-wall-11-14-11-2.jpg
ANÁLISE UTILIZANDO O AutoCAD e EXCEL
Utilizando em conjunto o AutoCAD e o EXCEL para a obtenção dos cálculos, foram determinados os fatores de segurança apresentados na tabela abaixo. Para o desenho das fatias alguns critérios foram obedecidos, entre eles a descontinuidade na superfície e a certificação de que não possuam fatias com dois materiais na base.
Tabela 1. Método Simplificado de Bishop e Método das fatias (EXCEL)
Com base na análise da tabela acima, se percebe a discrepância de valores dos fatores de segurança para os métodos analisados e isso se deve a não preparação, através do método de Fellenius, para a aplicação do Método de Bishop Simplificado. 
Com a intenção de melhorar o conforto de uma provável rodovia no pé do talude calculado ou qualquer outra edificação vizinha, deve-se reconsiderar o valor do fator de segurança encontrado, visto que encontra-se muito alto (Fs = 2,49). Assim a alternativa viável seria diminuir o fator de segurança para valores próximos de 1,5, considerado uma condição satisfatória. Assim, propõe-se como solução a diminuição do ângulo de inclinação do talude (β).
CONCLUSÃO
Segurança é um fator de extrema importância, seja no convívio humano, seja em construções. A estabilidade de talude visa assegurar tanto a estabilidade e a vida útil das construções, como a segurança da população, seja em estradas, em moradias, nas cidades ou no campo.
Assim, obter um fator de segurança aceitável dentro dos parâmetros pré-definidos faz-se como premissa ideal para assegurar fatores de utilização do talude. Para esse trabalho, o fator de segurança encontrado foi muito superior ao valor indicado, assim, se utilizar de artifícios para sua diminuição torna-se necessário.
REFERENCIAS
GERSCOVICH, D.M.S. Apostila de Estabilidade de Taludes. Rio de Janeiro: UERJ, 2009.
CAPUTO, Homero Pinto. Mecânica dos Solos e suas Aplicações: Mecânica das Rochas – Fundações – Obras de Terra. 6ª ed. Rio de Janeiro: LCT – Livros Técnicos e Científicos. Editora S.A., 1987. 498 p.
GOMES, R.C. Notas de aula da disciplina de Obras de Terra. Ouro Preto: UFOP.
GUIDICINI, E. & NIEBLE, C. M. Estabilidade de Taludes Naturais e de Escavação. Editora Edgard Blücher Ltda., São Paulo, 1984. 170p.