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1 UNIVERSIDADE FUMEC FACULDADE DE ENGENHARIA E ARQUITETURA – FEA ENGENHARIA DE PRODUÇÃO /CIVIL Flávio Zauli Braga Francisco Lira Torres Javier Etrusco Curilem Mardones Vinícius Carvalho Abissamara Vinicius Rodrigues Neiva AVALIAÇÃO PRELIMINAR QUANTO A SUSCETIBILIDADE DE MOVIMENTAÇÃO DE MASSA ENTRE O KM 7 AO KM 8 DA MG/356 - SERRA DO CURRAL/MG ANDERSON A. GERVÁSIO SILVA Belo Horizonte, Outubro/2017 2 Flávio Zauli Braga Francisco Lira Torres Javier Etrusco Curilem Mardones Vinícius Carvalho Abissamara Vinicius Rodrigues Neiva AVALIAÇÃO PRELIMINAR QUANTO A SUSCETIBILIDADE DE MOVIMENTAÇÃO DE MASSA ENTRE O KM 7 AO KM 8 DA MG/356 - SERRA DO CURRAL/MG Trabalho Acadêmico apresentado á Faculdade Engenharia e Arquitetura da Universidade Fumec, como requisito para a conclusão do curso de Engenharia de Produção Civil/Produção. Orientador: Me. Anderson A. Gervásio Silva Belo Horizonte 2017 3 Flávio Zauli Braga Francisco Lira Torres Javier Etrusco Curilem Mardones Vinícius Carvalho Abissamara Vinicius Rodrigues Neiva Trabalho Final de Curso –TFC, apresentado à Faculdade de Engenharia e Arquitetura da Universidade Fumec, como requisito para a conclusão do curso de Engenharia de Produção/ Civil, 2º semestre de 2017. Banca Examinadora ANDERSON A. GERVÁSIO SILVA JORGE LUIZ MARTINS FERREIRA ANTÔNIO LÚCIO DO NASCIMENTO PASSOS 4 RESUMO Este trabalho propõe uma análise de risco quanto a suscetibilidade de movimentações de massa entre o KM 7 ao KM 8 da MG/365, na região da Serra do Curral/MG. Para a realização deste, foi realizado um estudo bibliográfico sobre as condições geológicas e geotécnicas do local, tipos de movimentações de massa e métodos para análises de estabilidade. Posteriormente, foram utilizados mapas topográficos, relatórios sondagens e softwares de cálculos de análises de estabilidade a fim de determinar as seções transversais mais críticas da região, permitindo, dessa maneira, sugestionar possíveis soluções técnica para a estabilização da região. Palavras-chave: Trabalho acadêmico. Estudo bibliográfico. Solução técnica. 5 LISTA DE ILUSTRAÇÕES Quadro 01 – Tipo de geologia............................................................ 16 Quadro 02 – Tipo de métodos de Investigação.................................. 19 Figura 01 – Ilustração da ocorrência de rastejo................................ 24 Foto 01 – Rastejo........................................................................... 24 Figura 02 – Escorregamentos planares translacionais..................... 25 Foto 02 – Escorregamentos planares............................................ 26 Figura 03 – Escorregamentos circulares.......................................... 26 Foto 03 – Escorregamento circular ocorrido em La Conchita, Califórnia/EUA................................................................ 27 Figura 04 – Ilustração do escorregamento em cunha....................... 28 Foto 04 – Escorregamento tipo cunha em Montgomery................. 28 Figura 05 – Queda de blocos............................................................. 29 Figura 06 – Tombamento................................................................... 30 Figura 07 – Desplacamento rochoso................................................. 30 Figura 08 – Corridas de massa no Morro de Bumba em Niterói/RJ.. 31 Gráfico 01 – Variação de Ko............................................................... 34 Figura 09 – Empuxo ativo.................................................................. 36 Figura 10 – Empuxo ativo x Empuxo passivo.................................... 36 Quadro 03 – Métodos utilizados para cálculos de estabilidade........... 37 Figura 11 – Forças que atuam em uma fatia pelo Método Fellenius.. 38 Figura 12 – Fatia Método Bishop Simplificado.................................... 40 Figura 13 – Método de Janbu Simplificado.......................................... 41 Figura 14 – Forças aplicadas a uma fatia de solo............................... 42 Figura 15 – Determinação gráfica do fator de segurança pelo método Spencer................................................................ 43 Quadro 04 – Vantagens da utilização de muros de gabiões para contenção de encostas..................................................... 44 Figura 16– Muro de gabião................................................................. 45 Figura 17 – Muro de solo cimento........................................................ 46 6 Figura 18 – Muro de pneu.................................................................... 47 Figura 19 – Muro à flexão..................................................................... 48 Figura 20 – Muro contraforte................................................................ 49 Figura 21 – Muro atirantado.................................................................. 50 Figura 22 – Jet grouting........................................................................ 51 Figura 23 – Solo grampeado................................................................. 52 Figura 24 – Solo reforçado.................................................................... 53 Figura 25 – Geossintéticos.................................................................... 54 Figura 26 – Biomanta vegetal............................................................... 54 Figura 27 – Levantamento topográfico.................................................. 62 Quadro 05 – Compacidade e consistência............................................... 63 Figura 28 – Boletim de sondagem folha 1.............................................. 64 Figura 29 – Boletim de sondagem folha 2.............................................. 65 Figura 30 – Boletim de sondagem folha 3.............................................. 66 Figura 31 – Secção do perfil 3 com Fs abaixo da norma de segurança 68 Figura 32 – Secção com o pior fator de segurança, perfil 14................. 69 Figura 33 – Solo grampeado.................................................................. 70 Figura 34 - Biomanta vegetal.................................................................. 71 7 LISTA DE TABELAS Tabela 01 – Correlações empíricas para estimativa de ko...................... 35 Tabela 02 – Parâmetros de Resistência do Solo..................................... 63 8 LISTA DE SIGLAS ABNT - Associação Brasileira de Normas Técnicas b – comprimento base da lamela c’ – coesão efetiva do solo; FEA – Faculdade de Engenharia e Arquitetura Fs – fator de segurança quanto ao cisalhamento do solo Fumec – Fundação Mineira de Educação e Cultura H – altura da fatia ℎ – altura da lamela IES – Instituição de Ensino Superior n – porosidade NBR – Norma Brasileira Registrada OCR – over consolidation ratio SPT - Sondagem à percussão com torque PMT – Ensaio pressiométrico PP1mc – Supergrupo Minas Caraça PP1mcb – Supergrupo Minas Caraça Batatal PP1mcm – Supergrupo Minas Caraça Moeda PP1mic – Supergrupo Minas Itabira Cauê PP1mig - Supergrupo Minas Itabira Gandarela PP1mpb– Supergrupo Minas Piracicaba Barreiro PP1mpc - Supergrupo Minas Piracicaba Cercadinho PP1mpf - Supergrupo Minas Piracicaba fecho do funil PP1mpt - Supergrupo Minas Piracicaba toboões PP2ms – Supergrupo Minas Sabará TFC – Trabalho Final de Curso α – inclinação do talude 𝑙 – comprimento da corda AB da base de uma lamela 9 𝛾 – peso específico do solo 𝜇 – poropressão media na base da fatia; 𝐸𝑜 – empuxo no repouso 𝐾𝑜 – coeficiente empuxo no repouso; 𝑁𝑖 – força normal (“efetiva”) atuante na base da lamela 𝑤𝑖 𝑜𝑢 𝑃 – peso total da lamela 𝑥𝑖 – força atuante na face direita da lamela 𝜎ℎ′ – tensão principal horizontal efetiva; 𝜎𝑣′ – tensão principal vertical efetiva; ∅" – ângulo de atrito efetivo do solo ∅′ – ângulo de atrito efetivo 10 SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO ......................................................................................... 13 1.1 Justificativa ............................................................................................... 13 1.2 Objetivo .................................................................................................... 14 2 REFERENCIAL TEÓRICO ....................................................................... 15 2.1 Geologia e geotecnia ............................................................................... 15 2.1.1 Geologia teórica ou geral ......................................................................... 16 2.1.2 Geologia aplicada .................................................................................... 17 2.1.3 Geologia da área em estudo .................................................................... 19 2.1.4 Geologia aplicada a Engenharia .............................................................. 22 2.2 Movimentos de massa ............................................................................. 23 2.2.1 Tipos de movimentos de massa ............................................................... 23 2.2.1.1 Planares ................................................................................................... 25 2.2.1.2 Circulares ................................................................................................. 26 2.3 Metodos de análises de estabilidade ....................................................... 32 2.3.1 Definição de empuxo de terra ................................................................. 32 2.3.2 Empuxo no repouso ................................................................................. 32 2.3.3 Empuxo ativo x empuxo passivo .............................................................. 35 2.3.3.1 Empuxo ativo ........................................................................................... 35 2.3.3.2 Empuxo passivo ....................................................................................... 35 2.3.4 Métodos de análise de estabilidade de taludes ........................................ 37 2.3.5 Método de Fellenius ................................................................................. 38 2.3.6 Bishop simplificado................................................................................... 39 2.3.7 Janbu simplificado .................................................................................... 40 2.3.7 Método de Spencer .................................................................................. 41 11 2.4 Tipos de contenção .................................................................................. 43 2.4.1 Muros de gravidade.................................................................................. 43 2.4.2 Muro de gabiões ...................................................................................... 44 2.4.3 Muro de solos cimentos ........................................................................... 45 2.4.4 Muro de solo-pneu ................................................................................... 46 2.4.5 Muros à flexão .......................................................................................... 47 2.4.6 Muros de contrafortes .............................................................................. 48 2.4.7 Cortina atirantada ..................................................................................... 49 2.4.8 Reforço do terreno ................................................................................... 50 2.4.9 Jet grouting .............................................................................................. 50 2.4.10 Solos grampeados ................................................................................... 51 2.4.11 Solo reforçado .......................................................................................... 52 2.4.12 Geossintéticos .......................................................................................... 53 2.4.13 Biomanta .................................................................................................. 54 2.5 Drenos horizontais profundos (DHP’S) .................................................... 55 2.6 Softwares para avaliação de estabilidade ................................................ 56 2.6.1 SLOPE/W ................................................................................................. 56 2.6.2 GawacWin ................................................................................................ 56 2.6.3 MACS.T.A.R.S ......................................................................................... 57 2.6.4 Geo5 ....................................................................................................... 57 2.6.5 Slide 7.0 ................................................................................................... 57 3 MATERIAIS E METÓDOS ....................................................................... 59 3.1 Sondagem SPT ....................................................................................... 59 3.2 Autocad .................................................................................................... 59 4 DESENVOLVIMENTO ............................................................................. 61 12 4.1 Análise planialtimétrica; ............................................................................ 61 4.2 Análise dos dados de investigações geotécnicas adquiridas ................... 63 4.3 Desenvolvimento das seções transversais e cálculos.............................. 67 4.3.1 Análise das seções críticas ...................................................................... 67 4.3.2 Análise de possíveis movimentações de massa ...................................... 69 5 ALTERNATIVAS PROPOSTAS ............................................................... 70 5.1 Solo grampeado ....................................................................................... 70 5.2 Biomanta .................................................................................................. 71 6 CONSIDERAÇOES FINAIS ..................................................................... 72 7 REFERÊNCIAS ........................................................................................ 73 8 APÊNDICES ............................................................................................ 78 13 1. INTRODUÇÃO Regiões com topografia de alta declividade, naturalmente são áreas vulneráveis quanto a possíveis movimentações de massa, uma vez que os maciços terrosos ou rochosos estão sujeitos as intempéries, assim como sob ação da elevação do grau de saturação e atuação de forças de percolação de águassuperficiais e subterrâneas. A região em estudo, trata-se de uma encosta, serra, de declividade elevada e com históricos de movimentações de massa localizada em função das características e propriedades geológicas/geotécnicas. Portanto, análises preliminares quanto as condições de estabilidade, se fazem necessário para promover dados para desenvolvimento de soluções quando de futuras construções na região em estudo. O presente trabalho propõe uma análise de risco quanto a suscetibilidade de movimentações de massa, e em um trecho específico apresentando possíveis sistemas aplicáveis à estabilização de encostas. A realização do trabalho, de cunho acadêmico, se dará a partir de um vasto estudo bibliográfico sobre as condições geológicas e geotécnicas do local, bem como sobre os tipos de movimentações de massa e métodos para análises de estabilidade. Posteriormente, envolverá a utilização mapas topográficos e relatórios de sondagens para gerar as seções transversais com as características dos substratos ensaiados e finalmente a aplicação de softwares de cálculos de análises de estabilidades de encostas, os quais utilizam métodos consagrados no meio geotécnico 1.1. Justificativa A investigação de um solo ou rocha deve ser realizada antes de qualquer cálculo estrutural, podendo evitar gastos excessivos de fundações e garantir que futuros danos tais como desabamentos e deslizamentos não venham a acontecer ou não sejam impactantes a população. A encosta em estudo localizada próximo a MG/356 entre o KM7 e KM8 na região Serra do Curral/MG se encontra em um 14 vetor de expansão de Belo Horizonte, onde podem surgir novos empreendimentos, as unidades geológicas envolvidas nesta região influenciam diretamente em suas propriedades geomecânicas, ou seja, os fenômenos de movimentação de massa fazem parte da dinâmica natural de formação da encosta, sendo assim se faz necessário realizar análise de estabilidade da região abordada, visando mitigação de danos às futuras construções. 1.2. Objetivo O presente trabalho tem como objetivo analisar a estabilidade dos cortes transversais das seções mais críticas definidas através do levantamento planialtimétrico e boletins sondagens adquiridos referente à encosta localizada próxima a MG/356 entre o KM7 e KM8 na região Serra do Curral/MG e a partir desta análise identificar os pontos de ocorrência de movimentações em massa. Após identificação destes pontos e de acordo com a estrutura geológica do maciço abordado no trabalho propomos intervenções necessárias para a estabilização caso sejam realizados novos empreendimentos nesta região. É de extrema importância demonstrar que o estudo de estabilidade de encostas previamente a execução de obras próximas a estes tipos de formação geológica, é essencial, evitando gastos e danos futuros. 15 2. REFERENCIAL TEÓRICO 2.1. Geologia e Geotecnia O termo geologia refere-se ao grego: Geo – Terra; Logos – Estudo. A Geologia surgiu devido à busca do entendimento da formação e evolução da Terra, é a ciência que estuda as características do interior e da superfície da crosta terrestre, abrangendo disposição das rochas e solos, composição (estrutura), história e agentes ocasionadores de sua formação e constante transformação. A escala de um estudo geológico é bem diversificada, levando em consideração que as conclusões de um trabalho podem ser baseadas em dados gerados de ensaios laboratoriais e através de estudos in loco, uma vez que este envolve grandes dimensões de escala e de tempo. A geologia está coligada a ciências básicas e exatas (biologia, física, química e matemática), que atuando com ferramentas e procedimentos específicos, nos permite obter dados qualitativos e quantitativos de um solo ou rocha. Para início de um estudo geológico é importante sabermos alguns conceitos definidos na NBR 6502, como definição do solo, o qual se trata de “material proveniente da decomposição das rochas pela ação de agentes físicos ou químicos, podendo ou não conter matéria orgânica” e rocha: “material sólido, consolidado e constituído por um ou mais minerais, com características físicas e mecânicas específicas para cada tipo”. A classificação geológica tem como processos, análise morfológica, verificação dos aspectos ambientais do local e coleta de dados táctil-visual, onde podemos identificar aspectos como textura, cor e plasticidade. Para análise do comportamento mecânico do maciço, se faz necessário a realização de ensaios ou investigações que permitem conhecer as propriedades geomecânicas, a área que trata este tipo de estudo é denominado de Geotécnia. Pela amplitude da geologia e sua interação com outras áreas das ciências, fez-se necessário sua divisão, visando facilitar o entendimento e ter um foco maior no estudo da área 16 Quadro 01 - Tipos de Geologia GEOLOGIA Teórica ou Geral Geologia Física Mineralogia Petrografia Sedimentologia Estrutural Geomorfologia Geologia Histórica Paleontologia Estratigrafia Aplicada Economia Exploração de áreas ricas em recursos naturais. Engenharia Construções/soluções tipo barragens, fundações, túneis, estradas. Fonte: os autores (2017). 2.1.1. Geologia Teórica ou Geral Física: materiais constituintes da crosta terrestre, estruturas e formas. Mineralogia: estudo das formas físicas e composições e propriedades químicas dos minerais. Petrografia: estudo da origem e ocorrência das rochas (arranjo dos grânulos minerais, estado de alteração). Sedimentologia: estudo dos depósitos sedimentares, identificação de como eram os ambientes passados para entender o atual. Estrutural: análise dos elementos estruturais da rocha e os gerados devido à esforções. Geomorfologia: estuda a forma como são geradas as deformações da crosta terrestre e as progressões da mesma, identificando os principais agentes causadores e determinando uma classificação. 17 Histórica: história e evolução de formações e fenômenos acontecidos na Terra, apresentando uma estimativa cronológica da geologia de um determinado local. Paleontologia: estudo da vida pré-histórica através de fósseis, materiais orgânicos e outros vestígios descobertos nas rochas. Tais evidências passadas permitem uma análise da evolução do local de acordo com o tempo geológico. Estratigrafia: estudo da sequência das camadas e suas interações de uma rocha e correlação com os processos evolutivos da Terra. 2.1.2. Geologia Aplicada Economia: estudo interdisciplinar que envolve aplicação de princípios geológicos para detecção de áreas com amplas formações de recursos naturais como minerais, gás, petróleo e hídricos e ainda para planejamento de uma execução de fundação. Engenharia: estudo geológico de uma determinada região onde será executada obra civil (implantação de barragem, fundação, túnel, ponte, estradas, contenções, drenagem, etc.). A geotecnia é a área tratante de projetos de engenharia que para sua execução, dependem da amostragem de solos ou rochas, objetivando identificar dados referentes às propriedades mecânicas do mesmo, tais dados são obtidos através de ensaios laboratoriais ou in loco. A eficiência desta investigação geotécnica procede de um planejamento das etapas de sondagem, de acordo com o objetivo do projeto, tais etapas são sequenciadas da seguinte forma: estudo de sondagem preliminar, análise de projeto ou complementar e análise para fase de execução. O estudo preliminar consiste em obter características básicas do solo, coletadasatravés de sondagens à percussão ou mistas, dependendo da rigidez do local onde será feita a perfuração. Na análise de projeto o objetivo é 18 caracterizar o maciço de acordo com suas propriedades mecânicas e compatibilizar essas características com o tipo de projeto (fundação, contenção, estabilização de encostas, estradas, etc.), são executadas mais sondagens, de acordo com requisitos estabelecidos na norma NBR 6484 e outras instruções normativas, nesta etapa podem ser utilizados tipos mais específicos de sondagem. Na etapa de execução, o foco é adequar o projeto aos pontos críticos levantados pelo projetista, com base nos dados levantados na etapa anterior, levantamentos plani-altimétricos e planta de situação. As amostragens geotécnicas são dividas em deformadas, sendo que são utilizadas para verificação tátil-visual, ensaios de caracterização e compactação e indeformadas, que são utilizadas para determinar características físicas, permeabilidade, compressibilidade e resistência, conforme NBR 9604. Os métodos investigativos variam de acordo com os tipos de maciços a serem amostrados e tipos de dados necessários para projeto. São divididos conforme quadro (02) abaixo, onde na ultima coluna são citadas ferramentas utilizadas: 19 Quadro 02 - Tipos de Métodos de Investigação MÉTODOS DE INVESTIGAÇÃO Diretos Sondagem a trado e poços Trados manuais ou mecânicos Sondagem Mista Sonda Rotativa Ensaio SPT Amostrador bipartido Semi Diretos Ensaio de Palheta Palheta em forma de cruz Ensaio Pressiométrico Sonda cilíndrica, pressiômetro PBPMT Ensaio Dilatométrico Equipamento hidráulico e lâminas metálicas Ensaio CPT e CPTU Equipamento hidráulico e ponteira cônica Indiretos Geofísica Equipamento que registra ondas da superfície Fonte: os autores (2017). 2.1.3. Geologia da Área em Estudo A serra do Curral está situada nos municípios de Belo Horizonte e Nova Lima, representando hoje uma das linhas de expansão da capital, sendo assim é importante que estudos referentes a análises de estabilidade de encostas dessa região sejam realizados, objetivando que as futuras ocupações ocorram de maneira planejada, evitando a probabilidade de sinistros. A estrutura geológica da Serra do Curral possui característica uniforme, sequenciada de rochas estratificadas, que conforme NBR 6502 significa “Rocha em que seus componentes se dispõem em estratos ou camadas, devido à diferença de textura, cor, resistência, composição, etc. sendo uma característica das rochas sedimentares. ” Está localizada ao norte do Quadrilátero Ferrífero, fazendo parte do Supergrupo minas que compõe a sequência metassedimentar. Conforme mapa geológico de Belo Horizonte, o Supergrupo Minas é composto da seguinte forma: 20 Grupo Sabará: PP2ms: Indiviso – Clorita xisto, clorita-sericita xisto, filito, grauvaca, quartzito, estaurolita-granada xisto. Quartzito (qt). Quartzito chertoso (qtc). Clorita xisto (c). Quartzito, filito e grauvaca parcialmente granitizados (g). Grupo Piracicaba: PP1mpb: Formação Barreiro – Filito e filito grafitoso. PP1mpt: Formação Toboões – Quartzito de granulação muito fina. PP1mpf: Formação Fecho do Funil – Xisto e filito dolomístico. PP1mpc: Formação Cercadinho – Filito, filito grafitoso, quartzito, quartzito, ferruginoso; conglomerado (cg) e grit basais. Lentes de dolomito (dm). Quartzito ferruginoso (qtf). Grupo Itabira: PP1mig: Formação Gandarela – Dolomito calcário magnesiano; itabirito dolomítico, com filito e quartzito. Corpos de hematita (h). PP1mic: Formação Cauê – Itabirito, itabirito dolomítico, dolomito; itabirito ocre na parte superior da formação. Lentes de hematita compacta e pulverulenta (h). Grupo Caraça: PP1mc: Indiviso – Quartzito intercalado com filito mxistoso; conglomerado (cg) basal, local. Camada de quartzito (qt). PP1mcb: Formação Batatal – Xisto e filito cinza e marrom. PP1mcm: Formação Moeda – Quartzito com intercalações de filito e conglomerado. Segue abaixo descrição das siglas referentes à composição do solo da região estudada, de acordo com Mapa Geológico de Belo Horizonte: Grupo Sabará: 21 PP2ms: Indiviso – Clorita xisto, clorita-sericita xisto, filito, grauvaca, quartzito, estaurolita-granada xisto. Quartzito (qt). Quartzito chertoso (qtc). Clorita xisto (c). Quartzito, filito e grauvaca parcialmente granitizados (g). Grupo Piracicaba: PP1mpb: Formação Barreiro – Filito e filito grafitoso. PP1mpt: Formação Toboões – Quartzito de granulação muito fina. PP1mpf: Formação Fecho do Funil – Xisto e filito dolomístico. PP1mpc: Formação Cercadinho – Filito, filito grafitoso, quartzito, quartzito, ferruginoso; conglomerado (cg) e grit basais. Lentes de dolomito (dm). Quartzito ferruginoso (qtf). Grupo Itabira: PP1mig: Formação Gandarela – Dolomito calcário magnesiano; itabirito dolomítico, com filito e quartzito. Corpos de hematita (h). PP1mic: Formação Cauê – Itabirito, itabirito dolomítico, dolomito; itabirito ocre na parte superior da formação. Lentes de hematita compacta e pulverulenta (h). Grupo Caraça: PP1mc: Indiviso – Quartzito intercalado com filito mxistoso; conglomerado (cg) basal, local. Camada de quartzito (qt). PP1mcb: Formação Batatal – Xisto e filito cinza e marrom. PP1mcm: Formação Moeda – Quartzito com intercalações de filito e conglomerado. 22 2.1.4. Geologia aplicada a Engenharia O desenvolvimento da geotecnia se deve em grande parte ao crescimento desenfreado de áreas urbanas, o que tornou o espaço para ocupação mais escasso, ocorrendo a necessidade de construção de edifícios mais altos e obras de infraestrutura mais complexas, tendo em vista tais desafios para a engenharia, se fez necessário sua interação com a geologia, que é realizada através da geotecnia. O estudo geotécnico é realizado através de profissionais especializados na área da mecânica dos solos , e permite obter cálculos mais precisos relacionados ao comportamento mecânico e determinação de parâmetros para análise de estabilidades. Sendo assim, o estudo geotécnico beneficia a engenharia, permitindo a utilização do terreno natural e suas propriedades a favor de seu projeto, tornando o mesmo mais seguro e econômico. Atividades de superfície Extração de materiais para construções Cortes para construção de estradas e mineração Captação de água subterrânea Fundações Túneis Barragens de terra e aterros Atividades de profundidade Escavações de túneis Escavações de minas Escavações de hidroelétricas Atividades especiais Engenharia de petróleo 23 Engenharia Geotécnica Engenharia do meio Ambiente 2.2. Movimentos em Massa Movimento em massa é nome dado para movimentos de superfícies que provocam alteração do relevo. São definidos como qualquer deslocamento de rochas ou sedimentos, em superfícies inclinadas, estando relacionados principalmente, com a ação da gravidade geralmente potencializados pela agua. 2.2.1. Tipos de movimentos de massa Os movimentos em massa podem ser classificados em dois grupos. O primeiro grupo está relacionado aos movimentos devidos à ação da gravidade que podem ser classificados segundo AUGUSTO FILHO (1992), da seguinte forma: Rastejo ou Fluência (“creep”); Velocidade muito baixa, medida em centímetros por ano, os movimentos são constantes, sazonais ou intermitentes e a movimentação ocorre em função de vários planos de deslocamento interno, geometriaindefinida. Dar para notar muitas vezes por encurvamento de cercas, postes e árvores. 24 Figura 01– Ilustração da ocorrência de rastejo Fonte: Adaptado de Bloom. (1988). Apud Infanti Jr. & Fornasari Filho, 1998; organizada por Fábio Reis [201-?]. Foto 01 – Rastejo Fonte: PROIN/CAPES e UNESP/IGCE. (1999). Fábio Reis [201-?]. 25 Escorregamentos (slides); Velocidade média e alta, pode ser medida por metros por hora, ou metros por segundo. Poucos planos de deslocamento externo e geometria e materiais variáveis. No caso dos escorregamentos temos 3 planos de ruptura que são definidos da seguinte maneira: 2.2.1.1. Planares Lugares propícios para acontecer são em maciços rochosos, em função da xistosidade, faturamento e foliciação. São comuns nas encostas brasileiras. Figura 02 – Escorregamentos planares translacionais Modificada de Infanti Jr. & Fornasari Filho, 1998, organizada por Fabio Reis;[201-?]. 26 Foto 02 – Escorregamentos Planares Fonte: Infanti Jr. & Fornasari Filho, 1998, organizada por Fabio Reis [201-?]. 2.2.1.2. Circulares Movimento de tipo rotacional imaginado um eixo, tornando comum vários deslizamentos combinados. Figura 03 – Escorregamentos Circulares Fonte: Infanti Jr. & Fornasari Filho, 1998, organizada por Fabio Reis [201-?]. 27 Foto 03 – Escorregamento circular ocorrido em La Conchita, California/EUA. Fonte: Universidade Estadual Paulista.(UNESP) [201-?]. Escorregamento em cunha acontece em estruturas planares de maciços rochosos. Que se desloca em forma de um prisma. 28 Figura 04 – Ilustração do Escorregamento em Cunha Fonte: Infanti Jr. & Fornasari Filho, 1998, organizada por Fabio Reis [201-?]. Foto 04 - Escorregamento tipo cunha em Montgomery Fonte : Universidade Estadual Paulista(UNESP)[201-?]. 29 Quedas (“falls”); Sem plano de deslocamento, o movimento acontece tipo queda livre velocidade muito alta medida em metros por segundo, material rochoso e geometria variável. Figura 05– Queda de blocos Fonte: Infanti Jr. & Fornasari Filho, 1998, organizada por Fabio Reis [201-?]. 30 Figura 06 – Tombamento Fonte: Infanti Jr. & Fornasari Filho, 1998, organizada por Fabio Reis [201-?]. Figura 07 – Desplacamento Rochoso Fonte: Infanti Jr. & Fornasari Filho, 1998, organizada por Fabio Reis[201-?]. 31 Corridas (“flows”); Muitas superfícies de deslocamento internas e externas, movimento semelhante de um liquido viscoso, velocidade media e alta, extenso raio de alcance, mesmo em áreas planas. Figura 08– Corridas de massa no Morro de Bumba em Niterói/RJ Fonte: Ivan Gonçalves Henaut,(2011) O segundo grupo é classificado conforme origem da água, que é o principal agente dos movimentos causados pelas erosões. As erosões podem ser causadas por águas pluviais, fluviais e marítimas. O Brasil é considerado muito suscetível aos movimentos de massa devido às condições climáticas marcadas por verões de chuvas intensas em regiões de 32 grandes maciços montanhosos (i). Nos centros urbanos os movimentos de massa têm tomado proporções catastróficas (ii). 2.3. Métodos de análises de estabilidade 2.3.1. Definição de empuxo de terra Empuxo de terra são ações horizontais que um maciço de solo produz sobre as obras com ele em contato. A determinação do valor do empuxo de terra é fundamental para a análise e o projeto de obras como muros de arrimo, cortinas de estacas-prancha, construção de subsolos, encontro de pontes, etc. O valor do empuxo de terra, assim como a distribuição de tensões ao longo do elemento de contenção, depende da interação solo-elemento estrutural durante todas as fases da obra. O empuxo atuando sobre o elemento estrutural provoca deslocamentos horizontais que, por sua vez, alteram o valor e a distribuição do empuxo, ao longo das fases construtivas da obra. 2.3.2. Empuxo no Repouso O empuxo do repouso é definido pelas tensões horizontais (σh’), sendo calculadas para sua condição em repouso, quando a estrutura não se desloca. A relação de tensões horizontais e tensões verticais (σv’) σh’/σv’ é chamada de coeficiente de empuxo em repouso 𝐾𝑜. Esse coeficiente pode ser estimado para diferentes tipos de solos por exemplo: Para argilas normalmente adensadas temos: 𝐾0 = 0,95 − 𝑠𝑒𝑛∅′ (01) Para areias temos: 𝐾0 = 1,0 − 𝑠𝑒𝑛∅’ (02) 33 O empuxo total, de acordo com a formula (03) é a metade do produto do coeficiente de empuxo no repouso (ko), da altura da fatia e do peso específico do solo. 𝐸0 = 1 2 (𝛾 ∗ 𝐻2 ∗ 𝐾0) (03) onde: 𝜎ℎ′ = tensão principal horizontal efetiva; 𝜎𝑣′= tensão principal vertical efetiva; 𝐾𝑜 = coeficiente empuxo no repouso; 𝐸𝑜 = empuxo no repouso 𝛾 = peso específico do solo ∅′= ângulo de atrito efetivo H = altura da fatia O valor de Ko é determinado de acordo como os parâmetros geotécnicos do solo, como : ângulo de atrito, índice de vazios, razão de pré – adensamento, etc. A determinação do coeficiente de empuxo no repouso é feita a partir de ensaios de laboratórios, ensaios de campo , teoria da elasticidade ou correlações empíricas. As principais técnicas de ensaios são: l) Ensaio de controle de tensões, mede–se as deformações axiais e volumétrica e alterando as tensões. Alternativamente pode – se medir as deformações horizontais da amostra através da instrumentação e, consequentemente, corrigir as tensões. ll) ensaios de campo (pressiometro, ensaio de fratura hidráulica) lll) instrumentação de campo (células de pressão) Ensaios triaxiais (mantendo-se as tensões horizontais igual a 0), realizados por Bishop, em areias uniformes (n = 40%) mostraram que : 34 l) ko constante no 1º carregamento em solos normalmente adensados ko é constante ll) no descarregamento ko é variável podendo atingir valores superiores a 1 em solos pre-adensados não há como estimar ko se OCR varia ao logo do perfil Ko também varia. Gráfico 01 – Variação de Ko Fonte: os autores [2017]. No entanto, há dois fatores que dificultam a determinação do Ko: alteração do estado inicial de tensões e amolgamento, provocados pela introdução do sistema de medidas, no qual influencia o comportamento de amostras utilizadas em ensaios de laboratório. As proposições empíricas mostradas na tabela (01) valem para os solos sedimentares. Os solos residuais e solos que sofreram transformações pedológicas posteriores, apresentando tensões horizontais que dependem das tensões internas da rocha ou do processo de evolução sofrido. Nestes solos o valor de Ko é muito difícil de ser obtido. 35 Tabela 01 – Correlações empíricas para estimativa de ko Fonte: Denise M. S. Gerscovich [2010]. 2.3.3. Empuxo Ativo x Empuxo Passivo As interações das estruturas com o solo implica a transmissão de forças predominantemente verticais. Há inúmeros casos no qual o as estruturasinteragem com o solo através de forças horizontais, denominadas empuxo de terra no qual se divide em duas categorias. 36 2.3.3.1. Empuxo Ativo O empuxo ativo é quando uma estrutura é construída para suportar um maciço de solo, sendo assim as forças que o solo exerce sobre as estruturas são de natureza ativa. O solo “ empurra” a estrutura , que reage, tendendo a afastar –se do maciço. Figura 09 – Empuxo Ativo Fonte: os autores (2017). 2.3.3.2. Empuxo Passivo O empuxo passivo é quando a estrutura é empurrada contra o solo. A força que a estrutura exerce sobre o solo é de natureza passiva. Um caso típico deste tipo de interação solo – estrutura é o de fundações que transmitem ao maciço forças de elevada componente horizontal. Figura 10– Empuxo ativo x Empuxo passivo Fonte : os autores (2017). 37 2.3.4. Métodos de análise de estabilidade de taludes A análise da estabilidade de um talude é um assunto grande e complexo, pois ao envolver grandes quantidades de massas, trabalhamos com diferentes tipos de solos, assim levando a diferentes tipos de tensões, resistências e densidades. Ao generalizarmos o cálculo desse tipo de problema estamos sujeitos a acontecimentos desastrosos trazendo um grande perigo. Para minimizar os riscos, existem métodos que nos ajudam a fazer uma correta análise. Através de conhecimento teórico buscou-se estudar métodos de estabilidade de taludes para a elaboração desse trabalho. Vale ressaltar que existem diferentes métodos para cálculos de estabilidade de taludes e iremos demostrar os métodos probabilísticos mais utilizados em trabalhos e projetos geotécnicos. Quadro 03 – Métodos utilizados para cálculos de estabilidade Fonte: Tonismar dos Santos (2013),adaptado pelos autores (2017). As análises consistem em determinar ao longo de qualquer superfície de massa sujeita à deslizamentos, como: superfície de rotura plana ( taludes infinitos, instabilizarão por blocos, superfície de rotura circular pelos métodos Fellenius 38 (1936), Bishop (1955) e Spencer (1967), superfície de qualquer tipo ( Janbu ( 1954), Morgenstern e Price (1965) e o Rui de Correa (1988) . Marcados em vermelho na FOTO 01 são os métodos mais utilizados e aplicados. 2.3.5. Método de Fellenius O método apresentado por Fellenius (1936) admite uma ruptura circular e o fator de segurança do talude é calculado pelo equilíbrio de momentos, não levando em consideração às forças tangenciais e normais as paredes das fatias. A figura (10) apresenta os parâmetros envolvidos na análise Figura 11 – Forças que atuam em uma fatia pelo Método Fellenius Fonte: PUC-Rio, [201-?]. Quando o método é aplicado em taludes suaves com poropressões elevadas pode apresentar erros de até 50%. A figura (10) representa os parâmetros envolvidos na análise de cálculo demonstrados pela equação abaixo: 39 𝐹𝑠 = ∑[𝑐′( 𝑏 𝑐𝑜𝑠𝛼 )+( 𝑤∗𝑐𝑜𝑠𝛼−𝜇( 𝑏 𝑐𝑜𝑠𝛼 ))∗𝑡𝑔𝜃′] ∑(𝑤∗𝑠𝑒𝑛𝛼) (4) Sendo: Fs: fator de segurança quanto ao cisalhamento do solo 𝑁𝑖: força normal (“efetiva”) atuante na base da lamela 𝑙: comprimento da corda AB da base de uma lamela 𝑥𝑖: força atuante na face direita da lamela 𝑤𝑖 𝑜𝑢 𝑃: peso total da lamela 𝜇: poropressão media na base da fatia; c’: coesão efetiva do solo; ∅": ângulo de atrito efetivo do solo ℎ: altura da lamela γ: coeficiente do solo α: inclinação do talude Esse procedimento é repetido em diversas posições da superfície ate encontrar o menor valor critico que corresponde ao fator de segurança que será adotado. 2.3.6. Bishop simplificado Esse método proposto em 1955 por Bishop é um dos métodos mais utilizados atualmente para cálculos de fatores estabilidade de taludes, ele considera uma análise de estabilidade como a de Fellenius considerando apenas as superfícies circulares e dividindo o escorregamento em fatias. Nos cálculos apresentados pelo método de Bishop satisfaz o equilíbrio de momentos mais precisamente em comparação com os métodos ordinários. Tirando como base a Equação (01), acrescenta-se as forças desconsideradas no método anterior, ou seja, acrescenta-se a consideração das forças tangenciais entre as fatias. Quando a superfície apresenta inclinação acentuada próxima ao pé do talude esse métodos registra a ocorrência de problemas. 40 Figura 12 – Fatia Método Bishop Simplificado Fonte: Gomes.R [200-?]. FS = 1 ∑(w∗senα𝑖) ∗ ∑ [b𝑖(c ′+γ∗h𝑖′∗tg∅ ′] Mα (5) sendo : mα = cosα[1 + tgα∗tg∅′ FSi ] (6) 2.3.7. Janbu simplificado O método simplificado desenvolvido por Janbu (1954) possui uma grande vantagem em sua elaboração, esse método pode ser aplicado em superfícies de escorregamento circulares e não circulares. Da mesma forma que o método do Bishop, a versão simplificada de Janbu populares é muito popular por ter facilidade e rapidez em apresentar o fator de segurança, baseada no equilíbrio das forças. Esse processo é baseado em equações diferenciais onde o equilíbrio de momentos é considerado apenas em relação ao ponto médio da base das fatias, 41 considerando que as forças cisalhantes entre fatias são nulas obtendo uma força normal (P) equivalente a encontrada por Bishop, conforme descreve a equação abaixo: Figura 13 – Método de Janbu Simplificado Fonte: JIMENEZ, H. [201-?] 𝐹𝑆 = 𝑓0 ∑ 𝑊𝑡𝑔𝛼 ∑ [𝑐′𝑏+(𝑊−𝑢𝑏)𝑡𝑔∅′] 𝑐𝑜𝑠𝛼∗𝑚𝛼 (7) 𝑚 𝛼=𝑐𝑜𝑠𝛼[1+ 𝑡𝑔𝛼∗𝑡𝑔∅′ 𝐹𝑆𝑖 ]/𝐹𝑆 (8) 2.3.8. Método Spencer Esse método desenvolvido por Spencer (1967) foi desenvolvido para rupturas circulares, mas podem em alguns casos afastados ser utilizados para outros tipos de rupturas, sendo assim um dos métodos mais completos, visto que atende todas as equações de equilíbrios de forças e momentos. Esse método que também é dividido por fatias, afirma que as forças das fatias são paralelas entre si, ou seja, todas com um mesmo ângulo, sendo assim os valores do fator de segurança e da inclinação do talude serão adotados até que seja satisfeito o equilíbrio de forças e momentos. A FOTO 03 ilustra a proposta de Spencer. 42 Figura 14 – Forças aplicadas a uma fatia de solo Fonte: Marcos Freitas [2011]. 𝑁 − 𝑊 ∗ 𝑐𝑜𝑠𝛼 + 𝑄 ∗ 𝑠𝑒𝑛(𝛼 − 𝜃) = 0 (9) 𝑇 − 𝑊 ∗ 𝑠𝑒𝑛𝛼 + 𝑄 ∗ cos(𝛼 − 𝜃) = 0 (10) 𝑄 = 𝑐′∗𝑙 𝐹𝑆 + (𝑊∗𝑐𝑜𝑠𝛼−𝑢∗𝑙)∗𝑡𝑎𝑛𝜃′ 𝐹𝑆 −𝑊∗𝑠𝑒𝑛𝛼 cos(𝛼−𝜃)∗[1+ 𝑡𝑎𝑛𝜃′∗tan (𝛼−𝜃) 𝐹𝑆 ] (11) ∑ 𝑄 ∗ 𝑟𝑥𝑐𝑜𝑠(𝛼 − 𝜃) = 0 (12) Sendo : W,N,T forças que atuam no ponto médio da base da fatia e as forças X e E atuante nos planos verticais, que limitam uma fatia, são substituídas pela resultante Q. A partir das hipóteses citadas na dissertação de Marco Antonio Coelho Freitas pela Faculdade de Engenharia Universidade do Porto - FEUP o raio da superfície de deslizamento é constante, a soma vectorial das forças de interação é nula, pois as forças exteriores do talude estão em equilíbrio e a resultante das forças de interação são paralelas, tendo em vista que 𝜃𝑖 é a inclinação da resultante Q em cada fatia, 𝜃𝑖 será sempre constante. Podemos então obter pelo gráfico representado abaixo o fator de segurança pelo método Spencer 43 Figura 15 – Determinação gráfica do fator de segurança pelo método SpencerFonte: Marcos Strauss (1998). 2.4. Tipos de contenção Contenção é todo elemento ou estrutura que tem como finalidade contrapor-se a empuxos ou tensões geradas em maciço, no qual o estado inicial de equilíbrio foi alterado em decorrência de alguma atividade, como perfuração, corte, aterro ou escavação (Hachich W. et al., 1998). São utilizadas quando não é possível estabilizar a diferença de nível do terreno utilizando um talude. 2.4.1. Muros de gravidade Muros de Gravidade são estruturas de contenção que utilizam o peso próprio para resistir aos empuxos do maciço (Hachich W. et al., 1998). São indicados em situações de esforços reduzidos, uma vez que quanto maior os esforços, mais espaço será necessário para a implantação da base. 44 Normalmente, são utilizados para suportar desníveis inferiores a 5 m (pequenos ou médios) e podem ser construídos com ciclópico, concreto simples, pedras e argamassa. (Hachich W. et al., 1998) 2.4.2. Muro de Gabiões Os muros de gabiões (figura 15) são estruturas de contenção construídas através da sobreposição de gaiolas de malhas de arame galvanizados preenchidas com pedras que, para serem viáveis, devem possuir um diâmetro mínimo maior do a abertura das gaiolas (Hachich W. et al., 1998). Comumente, são utilizadas para contenção de média altura, podem ser utilizados sobre qualquer tipo de solo e ter parâmetros externos escalonado, plano, vertical ou inclinado (Obras de Contenção, Manual Técnico. MACAFERRI) As principais vantagens do uso do Muro de Gabiões são: São utilizados para a estabilização de taludes, obras hidráulicas e viárias, preferencialmente em regiões que possuem muito espaço. O quadro (04) demonstra as principais vantagens da utilização de muros de gabiões: Quadro 04 - Vantagens da utilização de muros de gabiões para contenção de encostas Característica Explicação Adaptabilidade Adaptam-se a esforços não previstos, inclusivo a recalques diferenciais, sem diminuir sua resistência. Resistência Resistem a todo tipo de esforço, sobretudo tração. Integração ao meio ambiente Não causam impactos no meio ambiente, permitindo o rápido reestabelecimento da paisagem primitiva. Execução Possuem uma execução rápida. Drenagem Drenam as águas de infiltração, um dos principais fatores de instabilidade. Fonte: os autores (2017). 45 Figura 16 - Muro de Gabião Fonte: Conde & Ribeiro (2017) 2.4.3. Muros de solos cimentos Os muros de solo cimento são feitos através de camadas de sacos (poliésters ou similares), que são preenchidos, até cerca de dois terços do volume útil do saco, com um composto de solo-cimento da ordem de 1:10 a 1:15 (volume) e costurados manualmente. São indicados para taludes de até 5 metros, possuindo como vantagem a facilidade na execução e o baixo custo de implantação, uma vez que não exigem mão de obra especializada e equipamentos específicos. 46 Figura 17 – Muro de Solo Cimento Fonte: Eng Consultoria (2017). 2.4.4. Muros de solo-pneu Os muros de pneus (figura 17) são construídos através de camadas horizontais de pneus, que possuem altura e diâmetro similares, podendo ser amarrados com corda ou arame e, posteriormente, preenchidos com solo compactado. Assim como os muros de solo-cimento, são indicados para contenção de taludes de até 5 metros, uma vez que necessitam de uma base com uma largura, aproximada, de 40% a 50% da altura do muro. 47 Figura 18 – Muro de Pneu Fonte: Eng Consultoria (2017). 2.4.5. Muros à flexão São estruturas com um maior índice de esbeltez e com seção transversal em forma de “L”, que suporta os empuxos do maciço por flexão, utilizando, para isso, parte do peso próprio, já que o mesmo se apoia sobre a base do “L”, conforme (figura 18). São construídos, na maioria das vezes, em concreto armado e tornam- se caros para alturas acima de 5 a 7 m. (Hachich W. et al., 1998) 48 Figura 19– Muro à flexão Fonte: SOPE Engenharia (2017). 2.4.6. Muros de Contrafortes É a contenção (figura 19) que possui os maiores elementos verticais, intitulados contrafortes ou gigantes, que são espaçados em alguns metros e cuja a finalidade é suportar os empuxos de flexão por meio do engastamento da fundação. A estabilidade do muro é conseguida através do peso do maciço, que apoia-se na sapata corrida ou laje de fundação. (Hachich W. et al., 1998) Os contrafortes podem ser construídos para o lado externo do parâmetro vertical ou inseridos no terrapleno arrimado. (Hachich W. et al., 1998) 49 Figura 20 – Muro Contraforte Fonte: Eng Consultoria (2017). 2.4.7. Cortina Atirantada Cortina atirantada é uma estrutura de contenção feita de concreto, com espessura entre 20 e 30 cm, que utiliza tirantes protendidos e chumbadores para contrapor os empuxos do maciço. Tirante é um elemento linear composto por objetos resistentes à tração, como barras e cordoalhas, que possuem a finalidade de ancorar a cortina no maciço, fornecendo, dessa maneira, estabilidade do terreno. (Hachich W. et al., 1998) Em decorrência de sua baixa espessura, é indicado para situações onde possui-se pouco espaço para a execução da contenção, o que é a sua maior vantagem. Por outro lado, possui alto custo para estrutura acima de 3 m e execução demorada, sendo indicado somente quando for a única alternativa. 50 Figura 21– Muro Atirantado Fonte: SOPE Engenharia (2017). 2.4.8. Reforço do terreno Reforços do terreno são construções em que elementos, com elevada resistência, são introduzidos no maciço objetivando aumentar a resistência para que possa suportar as tensões geradas por desnível abrupto. (Hachich W. et al., 1998) 2.4.9. Jet Grouting Jet grouting (figura 21) é um processo no qual água, ar e calda de cimento, em uma combinação correta, são injetados a pressões elevadas em um maciço de baixa propriedade, transformando-o de maciço tratado, resistente e permeável, podendo ser utilizado para a atividade desejada. (Hachich W. et al., 1998) 51 Figura 22 – Jet grouting Fonte: The Constructor (2017). 2.4.10. Solos Grampeado Consiste na estabilização, permanente ou temporária, de taludes e escavações por meio da introdução de reforços no maciço de terra juntamente de concreto projetado armado com tela de aço. (Hachich W. et al., 1998) A técnica de contenção do solo-grampeado (figura 22) pode ser aplicada tanto em um maciço a ser recortado ou como reforço de taludes já existentes. 52 Figura 23 – Solo Grampeado Fonte: SOPE Engenharia. (2017) 2.4.11. Solo reforçado É um método de reforço que utiliza materiais com elevada resistência a tração para reduzir as deformações no maciço devido ao peso próprio do solo. (Hachich W. et al., 1998) Consiste na introdução de fitas metálicas ligadas a painéis de concreto no maciço de solo, sendo utilizado, principalmente em aterros. Sua adaptabilidade à vários tipos de taludes e condições do solo representa uma grande vantagem em relação aos outros tipos de contenção. (Hachich W. et al., 1998) 53 Figura 24 – Solo Reforçado Fonte: NTC Brasil (2015) 2.4.12. Geossintéticos Os geossintéticos são uma nova família de materiais sintéticos empregados na geotecnia. Os principaisgeossintéticos são: Geotêxteis Geomalhas Geogrelhas Geomembranas Geocompostos Geocélulas Podem ter diversas funções: separação, filtração, drenagem, reforço, contenção de fluidos/gases, ou controle de processos erosivos. Alguns produtos possuem mais de uma utilidade. (Hachich W. et al., 1998) A utilização dessa tecnologia permite a simplificação de vários problemas e sistemas de engenharia, tais como: ganho de estabilidade em taludes, drenagem de vias e áreas especiais, redução da erosão do solo entre outros. 54 Figura 25 – Geossintéticos Fonte: Maryana Giribola (2014) http://construcaomercado17geos 2.4.13 Biomanta Biomanta, é uma tela feita com fibras naturais de coco. É utilizada principalmente em locais onde é preciso o controle de erosão ou revegetação do talude. Figura 26 – Biomanta vegetal Fonte: Projar (2017) 55 1.1. Drenos Horizontais Profundos (DHP´S) A falta de drenagem em contenções ou em encostas naturais podem gerar danos em relação à estabilidade de sua estrutura geológica, o aumento do volume de água que penetra nas rochas ou solos geram consequências como elevação da pressão interna e assim sobrecarregando o maciço, podendo ocorrer erosões e deslocamentos. Em muitas ocasiões, as cavas onde penetram a água são profundas, o que dificulta executar um sistema de drenagem convencional. Para evitar ou solucionar este problema é aplicado o método de instalação de Drenos Horizontais Profundos (DHP´S), que tem como função extrair as águas localizadas em camadas ou fissuras do maciço. Para que a execução do DHP seja eficiente, são necessários dados referentes à identificação das litologias e sua formação estrutural, medição do nível do lençol freático e verificação do fator de segurança referente ao local onde os drenos serão instalados, visando avaliar os possíveis riscos de ruptura, onde terão trabalhadores e máquinas. O local deve ser bem analisado geotecnicamente para que os drenos sejam alocados em locais eficientes, na profundidade correta, captando uma quantidade de água que alivie a pressão neutra e melhore condições de estabilidade do maciço, aumentando o coeficiente de segurança a ser considerado. A metodologia de instalação tem como parte mais complexa a perfuração do solo, onde os furos se encontram em posição sub-horizontal, recomendado que o furo seja 1” superior ao diâmetro do tubo a ser penetrado e mantenha uma inclinação entre 5° a 15°, afim de facilitar o fluxo gravitacional da água. O diâmetro do tubo é determinado em função da vazão de escoamento, o dreno instalado possui material tipo PVC, com perfurações e envolvido em tela tipo geotêxtil, sua extremidade de saída deve se manter a pelo menos 1 metro do maciço. 56 1.2. Softwares para avaliação de estabilidade Há disponíveis no mercado uma série de softwares de diferentes companhias que são capazes de analisar estabilidade de taludes em diferentes situações e com diferentes metodologias, através da inserção de cortes e dados geotécnicos. 1.2.1. SLOPE/W O SLOPE/W é desenvolvido pela companhia GEO –SLOPE que possui uma série de softwares especializados em soluções de engenharia. Com SLOPE/W, é possível realizar análises simples e complexas, para diversas formas de taludes em condições de pressão de poros de água, solos com inúmeras características geotécnicas e sob várias situações sob aplicação de cargas. Essa ferramenta é utilizada calcular o fator de segurança da estabilidade de taludes ou encostas, a partir da inserção de dados geotécnicos encontrados nas sondagens do solo executadas no local de estudo e das seções obtidas através da altimetria da área. O SLOPE/W trabalha, aplicando as seguintes metodologias de análise de estabilidade de taludes: Morgenstern-Price, Spencer, Bishop simplificado, Janbu simplificado, e método Ordinário. Todas essas diretrizes são estudadas e detalhadas na pesquisa. 1.2.2. GawacWin O GawacWINfoi elaborado pela Maccaferri em conjunto com a GCP Engenharia, e analisa a estabilidade de taludes utilizando-se muros de arrimo de gabião. O programa utiliza os métodos de cálculo que se baseiam no Equilíbrio Limite, como Rankine, Coulomb, Meyerhof, Hansen e Bishop simplificado. O software primeiramente analisa o problema com uma configuração plana, sendo necessários nesse estágio somente as dimensões do problema no plano da 57 seção. Uma abordagem tridimensional seria mais exata e precisaria de cálculos mais complexos e dados mais precisos, além disso, para compensar esse fator o GawacWin utiliza uma análise mais pessimista. Enquanto o usuário insere informações no programa, o mesmo vai apresentando a geometria do talude em estudo, ainda é possível que da mesma forma que no CAD, o usuário interaja com o desenho, alterando sua geometria. 1.2.3. MACS.T.A.R.S. O MACTARS 2000 (Maccaferri Stability Analysis of Reinforced Slopes) elaborado com a intenção de analisar a estabilidade de solos reforçados (taludes com estruturas que dão estabilidade), ou de solos não reforçados utilizando o Método do Equilíbrio Limite. 1.2.4. Geo5 O Geo5 na verdade contém vários programas, de fácil compreensão e sem necessidade de treinamento, que analisam condições de estabilidade de solos, rochas, barragens, aterros e até estabilidade global de muros de arrimo. Dentre os programas que compõe o Geo5 há Estabilidade de Taludes, que permite a análise de estabilidade de taludes circular ou poligonal. Esse programa ainda coopera e fornece subsídios para os outros que fazem parte do pacote, que ainda é composto por: Muro de solo eforçado, talude grampeado, estabilidade de rochas, estaca anti – deslizante e MEF. O software inclui os seguintes métodos de análise: Bishop, Felinius/Petterson, Spencer, Morgenstern-Price, Sarma e Jambu. 1.2.5. Slide 7.0 É um dos softwares desenvolvidos pela Rocsience, uma companhia reconhecida mundialmente, responsável por desenvolver uma série de programas geotécnicos desde o ano de 1996. 58 Considerado um dos mais completos de análise de estabilidade de encostas do mercado, abrange todos os tipos de solos, encostas e rochas. Engloba análise de percolação dos elementos finitos para águas subterrâneas e possui amplos recursos de análise probabilística, sendo possível atribuir distribuições estatísticas de quase todos os parâmetros de entrada. Assim como a maioria dos programas citados anteriormente o Slide também é baseado nas teorias do Método de Equilíbrio Limite. Pode ser utilizados em vários campos da engenharia em minerações, barragens, aterros, escavações. 59 3. MATERIAIS E MÉTODOS Para elaboração da análise de estabilidade da encosta em estudo, além da pesquisa bibliográfica, foram necessários utilização de alguns softwares e dados de investigações geotécnicas, conforme listado abaixo: Boletim de Sondagem Mista SPT/NW Auto CAD Slope/W 3.1. Sondagem SPT Para obtenção de dados que caracterizam o solo da região em estudo, foram coletados relatórios de sondagens através de empresas, onde os mesmos foram realizados conforme NBR-6484. Tendo em vista que a pesquisa desenvolvida possui carácter acadêmico e devido à falta de dados para abranger todas as seções da encosta em estudo, iremos utilizar para base de cálculo, os boletins de sondagens disponíveis, de acordo com a localização identificada em projeto, profundidade e situação crítica.3.2. Autocad O Autocad (CAD = computer aided design, uso do computador para fazer um desenho ou projeto) é uma ferramenta utilizada para o desenho de diferentes produtos em áreas como a indústria automobilística, engenharia, construção civil, arquitetura e informática. O Autocad foi criado pela Autodesk em 1982, dessa forma, é considerado um software bastante estável. Foi um dos primeiros programas desse estilo a rodar em computadores pessoais. Um dos recursos bastante utilizados no autocad é o efeito de ver os objetos em 3 dimensões (altura, largura e profundidade) ou efeito 3D como é conhecido. No presente trabalho, o Autocad foi utilizado para representação planialtimétrica da região estudada, cortes transversais e demarcação de pontos de sondagens. 60 Posteriormente os cortes transversais executados no Autocad, foram transferidos para o SLOPE/W, que cuja informações do programa foram detalhada anteriormente no referencial teórico para finalmente realizar a análise de estabilidade de talude. 61 4. DESENVOLVIMENTO 4.1. Análise planialtimétrica De acordo com levantamento topográfico da encosta em estudo, foram identificados pontos críticos definidos com base nas diferenças de níveis entre jusantes e montantes, após identificação destes pontos, foram desenvolvidos os traçados das seções transversais, gerando seus respectivos cortes e a partir destes foram identificadas as três piores situações para verificação do fator de segurança referente à estabilidade. 62 Figura 27 – Levantamento topográfico Fonte: SB Serviços topográficos,adaptado pelos autores (2017) 63 4.2. Análise dos dados de investigações geotécnicas adquiridas Os dados fornecidos pelos boletins de sondagens SPT serão correlacionados com as equações de entrada no software, conforme quadro abaixo. Tabela 02 – Parâmetros de Resistência do Solo Solos Argilosos 𝐶′ = 𝑆𝑃𝑇 10𝑘𝑝𝑎 Solos Arenosos Ø = 15 + √20 . 𝑁𝑠𝑝𝑡 (º) Fonte: Teixeira e Godoi (1996). Ø – Ângulo de atrito interno efetivo C – Coesão efetiva Esses são os parâmetros que definem a resistência de um solo, através deles e dos dados geotécnicos o programa Slope/W, que foi o selecionado entre os softwares pesquisados para a realização do trabalho, consegue gerar um fator de segurança e realizar a análise de estabilidade de encosta do local em estudo. Quadro 05 – Compacidade e consistência SOLOS ARENOSOS ( AREIAS E SILTES ARENOSO ) SPT 0 a 4 5 a 8 9 a 18 19 a 40 >40 COMPACIDADE Fofo Pouco Compacto Medianamente compacto Compacto Muito Compact o 𝛄 (t/m3) 1,30 1,50 1,70 1,90 2,00 SOLOS ARGILOSOS ( ARGILAS E SILTES ARGILOSOS ) SPT 0 a 2 3 a 5 6 a 10 11 a 19 >19 CONSISTENCIA Muito mole Mole Médio Rijo Duro 𝛄 (t/m3) 1,30 1,50 1,70 1,90 2,00 Fonte: notas de aula. Adaptado pelos autores(2017). 64 As sondagens demonstradas abaixo que foram utilizadas para elaboração da nossa análise do terreno, constaram apenas solos argilosos. Figura 28 - Boletim de sondagem folha 1 Fonte: adaptado pelos autores(2017). 65 Figura 29 - Boletim de sondagem folha 2 Fonte: adaptado pelos autores (2017). 66 Figura 30 - Boletim de sondagem folha 3 Fonte: adaptado pelos autores(2017). 67 4.3 Desenvolvimento das seções transversais e cálculos; 4.3.1 Análise das seções críticas; Com a análise das seções transversais no Slope/w consideradas mais críticas na região em estudo, segundo o modelo de Bishop. Foram gerados perfis que de acordo com seu fator de segurança indicarão a necessidade da proposição de soluções para estabilização da encosta. Segundo a NBR 11.682/2009, fator de segurança estima, em quanto a resistência ao cisalhamento do solo ao longo da superfície de ruptura supera os esforços solicitantes. De acordo com a NBR 11.682/2009, valor mínimo do fator de segurança utilizado, pode variar de 1,15 a 1,50, dependendo do tipo de solo, poropressão, entorno do empreendimento e inclinação da encosta. Na pesquisa foi escolhido o valor de 1,5, para ter a menor probabilidade possível da ocorrência de escorregamentos. Caso o fator de segurança calculado seja inferior aos citados pela norma, será considerada uma região de risco, sendo propostas algumas soluções para atenuar a probabilidade de escorregamento. 68 Figura 31 – Secção do perfil 3 com Fs abaixo da norma de segurança Fonte: os autores (2017) 69 Figura 32 – Secção com o pior fator de segurança, perfil 14 Fonte: os autores (2017) De acordo com os parâmetros mínimos de fator de segurança os dois perfis acima sugerem a adoção de sistemas de estabilização, a fim de evitar que haja escorregamento de massa no local. 4.3.2 Análise de possíveis movimentações de massa A possível movimentação na região é o rastejo (creep), os movimentos baseiam- se em movimentos lentos e contínuos da massa de solo na serra, descrevendo uma deformação plástica sem geometria e superfície de rupturas definidas. O processo pode ser identificado através de alguns indícios; como encurvamento de árvores, cercas e faturamento da superfície do solo. 70 5. ALTERNATIVAS PROPOSTAS Após as análises realizadas nos 15 perfis traçados, concluiu-se que não é viável a utilização de contenções, como muros de gravidade ou muros de contrafortes, para a estabilização do terreno, uma vez que as características da região da região estudada, como desnível, extensão e movimentação de massa, inviabilizam financeiramente a construção dessas estruturas, sendo necessário, portanto, a utilização de métodos de estabilização de talude. Propõe-se, portanto, os seguintes métodos de reforço de terreno para a estabilização da região: 5.1.1. Solo Grampeado Utilizando grampos ancorados no maciço, junto de concreto projeto e outros reforços, o solo grampeado pode ser aplicado em um maciço a ser recortado e em um talude já existente, sendo, portanto, um alternativa para a estabilização de patê da encosta da área da região estudada. Figura 33 – Solo grampeado Fonte : Froes(2012) 71 5.1.2. Biomanta vegetal A biomanta é utilizado principalmente para controle de erosão e revegetação de talude em taludes, sendo utilizado em vários tipos de solo, sendo, portanto, uma alternativa para estabilização de parte da encosta da Serra do Curral. Figura 34 – Biomanta vegetal Fonte: NTC Brasil,(2017) 72 6. CONSIDERAÇÕES FINAIS Este trabalho final de curso (TFC), cujo estudo abordado foi a análise de estabilidade de encostas da área da Serra do Curral, nos proporcionou aplicar conhecimentos adquiridos durante o curso de graduação de engenharia de produção/civil em situações práticas e com isso proporcionar um entendimento maior das matérias cursas, principalmente em relação à disciplinas mecânica dos solos. Como o estudo ora apresentado requer interdisciplinaridade, foi necessário, para o seu desenvolvimento, adquirir conhecimentos relacionados à geologia e geotecnia, o que possibilitou calcular, através do software Slope, a estabilidade de 15 perfis traçados no levantamento planialtimétrico da região estudada. Após analisar os perfis calculados, concluímos com êxito o objetivo do trabalho: analisar a estabilidadeda encosta localizada na região da Serra do Curral, próxima à BR 356, entre os quilômetros 7 e 8. 73 7. REFERÊNCIAS AUGUSTO FILHO, O., CERRI, L. E. S., AMENOMORI, C. J. 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