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UNIVERSIDADE VEIGA DE ALMEIDA – UVA CURSO: ENGENHARIA CIVIL ANÁLISE COMPARATIVA ENTRE TALUDE NATURAL E TALUDE REFORÇADO COM GEOSSINTÉTICOS JULIANA BASTOS DE OLIVEIRA LIMA RIO DE JANEIRO 2018 UNIVERSIDADE VEIGA DE ALMEIDA - UVA CURSO: ENGENHARIA CIVIL JULIANA BASTOS DE OLIVEIRA LIMA Trabalho de conclusão de curso apresentado ao curso de Engenharia Civil da Universidade Veiga de Almeida, como requisito parcial para obtenção do título de Bacharel em Engenharia Civil. Orientadora: Luciana Andrade Peixoto Silva Coorientador: Leonel Dias de Araujo Mello ANÁLISE COMPARATIVA ENTRE TALUDE NATURAL E TALUDE REFORÇADO COM GEOSSINTÉTICOS Cabo Frio 2018 UNIVERSIDADE VEIGA DE ALMEIDA - UVA CURSO: ENGENHARIA CIVIL JULIANA BASTOS DE OLIVEIRA LIMA ANÁLISE COMPARATIVA ENTRE TALUDE NATURAL E TALUDE REFORÇADO COM GEOSSINTÉTICOS Monografia apresentada como requisito parcial à conclusão do curso em Bacharel em Engenharia Civil. APROVADA EM: CONCEITO: ________________________ BANCA EXAMINADORA: ________________________________________________ PROF. Luciana Andrade Peixoto Silva ORIENTADORA _________________________________________________________ PROF. NOME DO PROFESSOR DA BANCA _________________________________________________________ PROF. NOME DO PROFESSOR DA BANCA Coordenação de Engenharia Civil Cabo Frio 2018 DEDICATÓRIA Dedico este trabalho aos meus pais, José Valter e Leni, por todo apoio e tempo dedicado à mim ao longo desses anos. AGRADECIMENTOS Gostaria de agradecer a Deus pelo dom da vida e por ter me proporcionado chegar até aqui. Aos meus pais, José Valter e Leni Bastos, por todo esforço, tempo e incentivo dedicados à mim e aos meus irmãos ,por muitas vezes sacrificarem suas vontades para realizar as nossas, nos fazer tornar seres humanos dignos ; aos meus irmãos Gabriel e Lucas por todo companheirismo e a toda minha família. Agradeço ao meu namorado, Alan Ferraz, por ter me ajudado tanto, ter me ouvido e me amparado, me auxiliado quando as coisas pareceriam perder o rumo, sempre me mostrando a direção, e que estava tudo bem. Muito obrigada pela grande ajuda para construir este TCC, sem você as coisas ficariam bem mais difíceis. Aos meus amigos, que com certeza fizeram um grande diferencial nesta jornada de cinco anos e meio, foram como verdadeiros anjos na Terra, nada valeria a pena se não tivesse vocês, devo um agradecimento especial à: Carol, Flansualle e Raquel, por todos os desabafos e apoio mútuo, obrigada por tudo; a Beatriz Ribeiro por todas as palavras amigas, por se preocupar, só de saber que você está ao meu lado me sinto mais segura e confortável e a Isabella Martins minha eterna dupla de faculdade, obrigada por sempre estar disposta a me ouvir, por todos os conselhos e cuidado comigo, você foi e é essencial sem sombra de dúvidas. A todos os professores, que apesar de tão desvalorizada a profissão a escolheram por amor e a executam com êxito, que nunca percam a fé e a esperança em dias melhores; e ao Leonel Mello que esteve disposto e me ajudou de forma exemplar na realização deste trabalho, sempre disposto e prestativo à você meu muito obrigada. E a todas as pessoas relacionadas direta e indiretamente para que esse sonho se tornasse realidade. “Uma pessoa inteligente resolve um problema, um sábio o previne.” Albert Einstein RESUMO Devido a relevância socioeconômica que envolve acidentes geotécnicos em taludes, sejam taludes artificiais ou naturais, os princípios que envolvem o escorregamento e a estabilização de taludes já foram amplamente estudados e discutidos por décadas em todo o mundo. A mudança do estado de tensões do maciço que provoca sua instabilidade pode ocorrer por ações antrópicas ou naturais. A comunidade cientifica geotécnica, busca constantemente aperfeiçoar as técnicas utilizadas na execução de taludes, a fim de obter uma maior segurança de projeto. Sabendo que o solo pouco resiste à tração, uma das técnicas utilizadas é o uso de geogrelhas inseridas ao solo. O presente trabalho teve por objetivo analisar a estabilidade de um talude real com projeto hipotético, o mesmo está localizado em Nilópolis- RJ, com uma proposta onde se deseja aumentar a área na parte superior do talude (para construção de um novo empreendimento). Foi realizada a análise de estabilidade do talude, através do conhecimento do perfil geológico-geotécnico e em seguida a modelagem no SLOPE-W. Dois cortes foram analisados, com situações de N.A elevado e N.A baixo, obtendo-se o Fator de Segurança (FS) abaixo do admissível. Foi feita a analise com a utilização de reforço com geogrelha e muro de contenção de bloco segmentado obtendo assim, uma análise estável para o talude. O software SLOPE-W faz uma análise determinística, onde são baseadas na comparação entre as tensões cisalhantes mobilizadas e a resistência ao cisalhamento, definindo um FS para o projeto. A NBR 11.682/2009 é norma responsável pela estabilidade de taludes, a mesma estipula um fator de segurança mínimo de acordo com o local. Palavras-Chave: Talude, Geossintéticos, Geogrelhas, Fator de Segurança. ABSTRACT Because of the relevance of socio-economic that involves accidents geotechnical in trimmers are trimmers, artificial or natural, the principles involving the slip and slope stabilization have been widely studied and discussed for decades all over the world. The change of state of stresses of the solid mass that causes its instability can occur by anthropic actions or natural. The scientific community geotechnology, seeks to constantly improve the techniques used in the execution of embankments, in order to obtain a larger security project. Knowing that the poor soil resists to traction, one of the techniques used is the use of geogrids inserted into the soil. The present work had the objective to analyze the stability of a slope hypothetical located in Nilópolis - RJ, with a proposal where if you want to increase the area in the upper part of the slope (for the construction of a new development). It was performed the stability analysis of the slope, through the knowledge of the profile and the geological and geotechnical studies, and then modeling in SLOPE-W. Two sections were analyzed, with the situations of n and high N. The low, obtaining a Factor of Safety (FS) below the admissible. Was made the analysis with the use of reinforcement with geogrid and retaining wall block to be segmented thereby obtaining an analysis is stable for the slope. The program SLOPE-W makes the analysis deterministic, where they are based on the comparison between the voltages cisalhantes mobilized and shear strength, by setting a FS for the Project. The NBR 11.682/2009 is the norm responsible for the stability of embankments, the same provides for a safety factor, a minimum of according to the local. Keywords: Slope, Geosynthetics, Geogrids, the Factor of Safety. https://www.google.com.br/search?q=geosynthetics&spell=1&sa=X&ved=0ahUKEwijnImWnaHbAhWCTJAKHddkAm8QkeECCCQoAA LISTA DE FIGURAS Figura 1:Incidências de escorregamentos na cidade do Rio de Janeiro; GEORIO (2016) ....................17 Figura 2: Tipos de Taludes; IPT (2014) .............................................................................................19 Figura 3- Rastejo ou Fluência; REIS (2001) ......................................................................................22Figura 4: Tipos de superfície de ruptura; REIS (2001) .......................................................................23 Figura 5: Exemplos de quedas; <http://www.rc.unesp.br/igce/aplicada/ead/riscos/risco11c.html ........24 Figura 6: Exemplo de corrida (Angra dos Reis,RJ-2010); https://descomplica.com.br/blog/uncategorized/movimentos-de-massa-i/...........................................24 Figura 7: Esquema do atrito entre dois corpos; PINTO (2015) ...........................................................25 Figura 8: Fórmula fator de segurança; ABNT (1991). ........................................................................31 Figura 9: Geogrelha. .........................................................................................................................35 Figura 10: Geotêxteis ........................................................................................................................36 Figura 11: Geocélulas .......................................................................................................................36 Figura 12: Georrede. .........................................................................................................................37 Figura 13: Geomembrana. .................................................................................................................37 Figura 14: Geocomposto. ..................................................................................................................37 Figura 15: Tiras plásticas. .................................................................................................................38 Figura 16: Técnicas de construção para muro de bloco segmentado ...................................................40 Figura 17: Principais segmentos do muro de bloco segmentado; HUESKER(2016). ..........................41 Figura 18- Topografia do talude; AUTOR (2018). .............................................................................42 Figura 19: Standard Penetration Test realizado no “F – 1”, cota 111,801; MELLO (2017). ................43 Figura 20: Standard Penetration Test realizado no “F – 2”, cota 111,212.; MELLO (2017). ...............44 Figura 21: Tela inicial SLOPE-W; AUTOR (2018). ..........................................................................45 Figura 22: Corte A-A; AUTOR (2018). .............................................................................................46 Figura 23- Corte B-B;AUTOR (2018). ..............................................................................................46 Figura 24: FS correspondente ao corte A-A com N.A elevado; AUTOR (2018). ................................48 Figura 25: FS correspondente ao corte A-A com N.A baixo; AUTOR (2018). ...................................48 Figura 26:FS correspondente ao corte B-B com N.A elevado; AUTOR (2018). .................................49 Figura 27: FS correspondente ao corte B-B com N.A baixo; AUTOR(2018). .....................................49 Figura 28: Equação da capacidade de tração consignada; GEOSLOPE (2012). ..................................51 Figura 29 Equação da superfície de deslizamento; GEOSLOPE (2012). ............................................51 Figura 30: Equação para comprimento da geogrelha; GEOSLOPE (2012). ........................................51 Figura 31: Configuração do corte A-A reforçado; AUTOR (2018).....................................................52 file:///C:/Users/Juliana%20Bastos/Desktop/tcc%202%20juliana%20bastos.docx%23_Toc514932298 file:///C:/Users/Juliana%20Bastos/Desktop/tcc%202%20juliana%20bastos.docx%23_Toc514932299 file:///C:/Users/Juliana%20Bastos/Desktop/tcc%202%20juliana%20bastos.docx%23_Toc514932301 file:///C:/Users/Juliana%20Bastos/Desktop/tcc%202%20juliana%20bastos.docx%23_Toc514932302 file:///C:/Users/Juliana%20Bastos/Desktop/tcc%202%20juliana%20bastos.docx%23_Toc514932303 file:///C:/Users/Juliana%20Bastos/Desktop/tcc%202%20juliana%20bastos.docx%23_Toc514932303 file:///C:/Users/Juliana%20Bastos/Desktop/tcc%202%20juliana%20bastos.docx%23_Toc514932304 file:///C:/Users/Juliana%20Bastos/Desktop/tcc%202%20juliana%20bastos.docx%23_Toc514932313 file:///C:/Users/Juliana%20Bastos/Desktop/tcc%202%20juliana%20bastos.docx%23_Toc514932314 file:///C:/Users/Juliana%20Bastos/Desktop/tcc%202%20juliana%20bastos.docx%23_Toc514932315 file:///C:/Users/Juliana%20Bastos/Desktop/tcc%202%20juliana%20bastos.docx%23_Toc514932316 file:///C:/Users/Juliana%20Bastos/Desktop/tcc%202%20juliana%20bastos.docx%23_Toc514932317 file:///C:/Users/Juliana%20Bastos/Desktop/tcc%202%20juliana%20bastos.docx%23_Toc514932318 file:///C:/Users/Juliana%20Bastos/Desktop/tcc%202%20juliana%20bastos.docx%23_Toc514932319 file:///C:/Users/Juliana%20Bastos/Desktop/tcc%202%20juliana%20bastos.docx%23_Toc514932320 file:///C:/Users/Juliana%20Bastos/Desktop/tcc%202%20juliana%20bastos.docx%23_Toc514932321 file:///C:/Users/Juliana%20Bastos/Desktop/tcc%202%20juliana%20bastos.docx%23_Toc514932322 file:///C:/Users/Juliana%20Bastos/Desktop/tcc%202%20juliana%20bastos.docx%23_Toc514932323 file:///C:/Users/Juliana%20Bastos/Desktop/tcc%202%20juliana%20bastos.docx%23_Toc514932324 file:///C:/Users/Juliana%20Bastos/Desktop/tcc%202%20juliana%20bastos.docx%23_Toc514932328 Figura 32: Configuração do corte B-B reforçado; AUTOR (2018). ....................................................52 Figura 33: FS do corte A-A reforçado com N.A baixo; AUTOR (2018). ............................................53 Figura 34: FS do corte A-A reforçado com N.A elevado; AUTOR (2018). ........................................53 Figura 35:FS do corte B-B reforçado, com N.A elevado; AUTOR (2018). .........................................54 Figura 36:: FS do corte B-B reforçado, com N.A baixo; AUTOR (2018); ..........................................54 file:///C:/Users/Juliana%20Bastos/Desktop/tcc%202%20juliana%20bastos.docx%23_Toc514932329 file:///C:/Users/Juliana%20Bastos/Desktop/tcc%202%20juliana%20bastos.docx%23_Toc514932330 file:///C:/Users/Juliana%20Bastos/Desktop/tcc%202%20juliana%20bastos.docx%23_Toc514932331 file:///C:/Users/Juliana%20Bastos/Desktop/tcc%202%20juliana%20bastos.docx%23_Toc514932332 file:///C:/Users/Juliana%20Bastos/Desktop/tcc%202%20juliana%20bastos.docx%23_Toc514932333 LISTA DE TABELAS Tabela 1: Classificação dos movimentos de encostas; VARNES (1978) ............................................20 Tabela 2: Características dos principais grandes grupos de movimento de massa; AUGUSTO FILHO (1992) ...............................................................................................................................................21 Tabela 3: Critérios de ruptura; PINTO (2015)....................................................................................26 Tabela 4- Características dos métodos de equilíbrio limite; TONUS (2009). ......................................30 Tabela 5: Nível de segurança desejado contra perdas humanas; GERSCOVICH (2016) .....................31 Tabela 6: Nível de segurança desejado contra danos materiais e ambientais; GERSCOVICH (2016) .31 Tabela 7: Fatores de segurança mínimos para escorregamento; GERSCOVICH (2016). ....................32 Tabela 8-condições de equilíbrio estático pelos métodos de equilíbrio limite; ABRAMSON et al, (2002). ..............................................................................................................................................33 Tabela 9-Marcos da evolução cronológica da técnica de reforço de solos; TUPA (2006). ..................34 Tabela 10: Tipos de Geossintéticos e suas Principais Aplicações; adaptado de Koerner (1998) ..........38 Tabela 11: Caracterização do solo local correlacionando os dados de N(SPT) com parâmetros de Lima (2002); MELLO(2017)......................................................................................................................47Tabela 12: Legenda para configuração do talude reforçado; AUTOR(2018). .....................................51 Tabela 13: análise do FS do talude natural; AUTOR (2018); .............................................................55 Tabela 14: Análise do fator de segurança do talude reforçado; AUTOR (2018)..................................56 LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas “F-1”- Furo 1 SPT “F-2”- Furo 2 SPT FCT- Capacidade de tração consignada FS- Fator de Segurança FSadm- Fator de Segurança Admissível FPR- Superfície de deslizamento IPT- Instituto de Pesquisas Tecnológicas MEL- Método do Equilíbrio Limite N.A- Nível d’água NBR- Norma Brasileira PR- Resistência ao arrancamento RF- Fator de redução RRF(S)FS- Fator de redução SPT- standard penetration test TC- Resistência de tração da geogrelha TCC – Trabalho de Conclusão de Curso LISTA DE SÍMBOLOS ɸ- Ângulo de atrito ƒ- Coeficiente de atrito F- Coeficiente de atrito c- Constante do material τƒ- Esforços estabilizantes τmob- Esforços instabilizantes L- comprimento N- Força normal T – Força tangencial β- índice de confiabilidade tg – Tangente σ- Tensão normal Sumário 1 INTRODUÇÃO .....................................................................................................................................16 1.1 JUSTIFICATIVA ...........................................................................................................................17 1.2 OBJETIVOS GERAIS ....................................................................................................................18 1.3 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ..........................................................................................................18 1.4 METODOLOGIA ...........................................................................................................................18 2 REFERENCIAL TEÓRICO .................................................................................................................19 2.1 TALUDES .....................................................................................................................................19 2.2 MOVIMENTO DE MASSA............................................................................................................20 2.2.1 Rastejo ou fluência .....................................................................................................................22 2.2.2 Escorregamento..........................................................................................................................23 2.2.3 Quedas .......................................................................................................................................24 2.2.4 Corrida ......................................................................................................................................24 2.3 RESISTÊNCIA DOS SOLOS .........................................................................................................25 2.3.1 Atrito ..........................................................................................................................................25 2.3.2 Coesão .......................................................................................................................................26 2.3.3 Critérios de ruptura ....................................................................................................................26 2.4 MÉTODO DE ANÁLISE DE ESTABILIDADE ..............................................................................27 2.4.1 Análise probabilística .................................................................................................................27 2.4.2 Análise determinística.................................................................................................................27 2.4.2.1 Equilíbrio limite ..................................................................................................................... 28 2.4.2.2 Comparação do método de equilíbrio limite .......................................................................... 29 2.4.3 Fator de segurança .....................................................................................................................30 2.5 SLOPE-W ......................................................................................................................................32 2.6 SOLO REFORÇADO .....................................................................................................................33 2.7 GEOSSINTÉTICOS .......................................................................................................................34 2.7.1 Geogrelhas .................................................................................................................................35 2.7.2 Geotêxteis...................................................................................................................................35 2.7.3 Geocélulas..................................................................................................................................36 2.7.4 Georredes...................................................................................................................................36 2.7.5 Geomembrana ............................................................................................................................37 2.7.6 Geocompostos ............................................................................................................................37 2.7.7 Tiras plásticas ............................................................................................................................38 2.8 MURO DE CONTENÇÃO .............................................................................................................38 2.8.1 Muro de bloco segmentado .........................................................................................................39 2.8.1.1 Sequência construtiva para o muro de bloco segmentado ...................................................... 40 3 ESTUDO DE CASO ..............................................................................................................................42 3.1 DADOS DO CASO .........................................................................................................................42 3.2 ANÁLISE DE INVESTIGAÇÕES E DEFINIÇÃO DO PERFIL GEOLÓGICO-GEOTÉCNICO ......42 3.3 MODELAGEM E ANÁLISE DE ESTABILIDADE DO TALUDE ..................................................45 3.4 UTILIZAÇÃO DO REFORÇO .......................................................................................................50 4 RESULTADOS .....................................................................................................................................55 5 CONCLUSÃO .......................................................................................................................................57 6 REFERÊNCIAS ....................................................................................................................................58 16 1 INTRODUÇÃO Qualquer superfície inclinada de um maciço de solo ou rocha é chamada de talude. Este pode ser natural (encostas) ou construído, artificial (aterros e cortes). A estabilidade de um talude é um dos grandes desafios da engenharia geotécnica, devido sua instabilidade gerar grandes problemas socioeconômicos, se tornando uma questão de ordem pública governamental, pois muitas vezes acarretam perdas de pessoas e materiais. A instabilidade do maciço de solo ocorre quando a tensão cisalhante atingeo valor da sua resistência, causando a ruptura, e escorregamento, sendo uma das formas mais frequentes de movimento de massa. A mudança do estado de tensões no interior do maciço pode ocorrer devido a ações humanas ou naturais, como a abertura de novas estradas, retirada de vegetação, intemperismo, taludes mal dimensionados, entre outros. Com o intuito de melhorar as características mecânicas do solo, foram desenvolvidas técnicas para execução de taludes, dentre as quais está a utilização de geossintéticos como reforço, iniciada em 1960. Os geossintéticos são materiais sintéticos de elevada resistência à tração capaz de reforçar o solo, existem vários tipos disponíveis para aplicação como reforços, são eles: geogrelhas (rígidas e flexíveis), geocélulas, geobarras, tiras, fibras difusas (microrreforço), geotêxteis (tecidos, não tecidos e reforçados). Este presente estudo tem por objetivo analisar o comportamento de um talude em sua forma natural e com o reforço geossintético, observando a diferença entre seus comportamentos. Esta pesquisa é de suma importância, pois está envolvida na resolubilidade de grandes perdas, objetivando soluções eficazes para evitar catástrofes. Baseando-se em uma análise hipotética onde os resultados serão adquiridos através do software SLOPE-W, produzido pela GEO-STUDIO, o programa faz análise da estabilidade do talude, desde problemas simples a complexos, levando em consideração a propriedade do solo, formas de superfície de deslizamento, condições de poropressão, condições de carregamento e métodos de análise. A partir do preenchemento desses dados o é gerado um relatório contendo todas as informações necessárias, o método de resolução a ser utilizado será a teoria do equilibrio limite, onde são levadas em consideração algumas premissas como: o solo deve possuir um comportamento rígido plástico e é fundamentado nas leis da estática. 17 1.1 JUSTIFICATIVA O presente estudo é justificado devido à grande incidência de escorregamentos, já que são os tipos de acidentes geológicos mais frequentes no Brasil, causando grandes prejuízos. Segundo dados da GEORIO o total de ocorrência de escorregamentos na cidade do Rio de Janeiro de 2010 a 2015 foram 1080, sendo 497 escorregamentos de solo em talude de corte (46%), 20 escorregamentos de solo/ rocha em talude de corte (1,9%), 7 escorregamentos de rocha em talude de corte (0,6%), 37 rupturas de aterro (3,4%), 189 escorregamentos de solo em encosta natural (17,5%), 14 escorregamento de solo e rocha em encosta natural (1,3%), 1 escorregamento de rocha em encosta natural (0,1%), 62 queda e rolamento de blocos ou lascas de rochas (5,7%), 12 escorregamentos de talús (1,1%), 184 rupturas de estrutura de contenção (17%), 14 escorregamento de lixo/entulho (1,3%), 3 corridas (0,3%) , 40 processos erosivos/assoreamento (3,7%) (GEORIO/DEP/GPE, 2012; GEORIO/DEP/GPE, 2013; GEORIO/DEP/GPE, 2013; GEORIO/DEP/GPE, 2014; GEORIO/DEP/GPE, 2015; GEORIO/DEP/GPE, 2016). Como pode ser observado no gráfico a seguir: A ocorrência dos deslizamentos trazem grandes prejuízos socioeconômicos, pois acarretam perdas de pessoas e de materiais, um exemplo que pode ser citado foi em janeiro de 2011, onde ocorreu uma série de deslizamentos no município de Nova Friburgo causando Figura 1:Incidências de escorregamentos na cidade do Rio de Janeiro; GEORIO (2016) 18 cerca de 900 mortes, 305 desaparecidos e 34.600 pessoas desabrigadas, além de danos severos à infraestrutura (BUSH e AMORIM, 2011). A aplicação de reforços tem crescido de forma acelerada no mundo, além de ter uma redução significativa de gastos quando comparada a contenção de encostas, portanto esta pesquisa tem por intuito demonstrar a eficiência quando aplicado um geossintético no solo, reforçando-o aumentando sua resistência e consequentemente sua estabilidade. 1.2 OBJETIVOS GERAIS Comparar a resistência mecânica e estabilidade global entre um talude natural e reforçado com geossintéticos e analisar os resultados obtidos. 1.3 OBJETIVOS ESPECÍFICOS Coletar dados para o desenvolvimento do projeto; Definir o geossintético a ser utilizado; Analisar o comportamento e resistência do talude natural; Analisar o comportamento e resistência do talude com reforço geossintético; Comparar as análises obtidas; 1.4 METODOLOGIA A pesquisa em questão se trata de um estudo de caso de um projeto hipotético, onde serão gerados dados de um possível talude, localizando em Nilópolis-RJ. Será empregado o software SLOPE-W, produzido pela GEO-STUDIO que utiliza a teoria do equilíbrio limite para cálculo das resistências. Tendo como entrada principal dados do perfil do solo como coordenadas, características geotécnicas (peso específico, peso saturado, coesão, ângulo de atrito, permeabilidade); cargas de reforços; horizontes e nível freático, gera-se o fator de segurança mínimo e máximo, além de um relatório contendo todas as informações. Após a obtenção dos resultados será feita uma análise quanto ao comportamento e resistência. 19 2 REFERENCIAL TEÓRICO 2.1 TALUDES Qualquer superfície inclinada de um maciço de rocha ou solo é chamada de talude, podendo ser construído ou natural (NASCIMENTO, 2013). São considerados taludes construídos, os taludes onde há intervenção humana, são eles: aterros, cortes de encostas e escavações, devem ser executados de forma que garanta sua estabilidade para isso devemos levar em consideração, a altura e inclinação (GUIMARÃES, 2016). Taludes naturais são taludes formados pela ação da natureza, constituídos por solos coluvionares ou residuais e rochas podendo apresentar várias formas (plana, côncava e convexa) (GERSCOVICH, 2016). Os taludes naturais possuem grandes problemas relacionados à instabilidade. Devido o intemperismo alterar as características da rocha tornando-a menos resistente provocando assim uma alteração no estado de tensões da massa, além da ação da gravidade que se torna favorável ao movimento (GERSCOVICH, 2016). Segundo a NBR 11.682/1991 O talude é considerado estável quando não retrata nenhum sintoma de instabilidade como: trincas, rastejos, erosões, cicatrizes entre outros (ABNT,1991). Figura 2: Tipos de Taludes; IPT (2014) 20 A instabilidade do talude acarretam grandes prejuízos socioeconômicos tornando-se uma questão de ordem pública, um talude se torna instável quando a tensão cisalhante do solo atinge a resistência ao cisalhamento do material. (KELLER, 2012). A instabilidade pode ser ocasionada por agentes externos (homem) e agentes internos (intemperismo), alteração na rede de drenagem, cortes para aberturas de novas estradas, retirada da cobertura vegetal, ocupação do solo, entrada de água no solo, inclinação dos taludes, entre outros (GERSCOVICH, 2016). 2.2 MOVIMENTO DE MASSA O movimento de massa é um deslocamento do volume de solo, isso ocorre quando as tensões solicitantes ultrapassam as resistências ao cisalhamento do solo (GUIMARÃES, 2016). Na literatura existem várias propostas por diversos autores para classificações de movimentos de massa. Essas classificações são fundamentadas na velocidade, tipo de material deslizado, mecanismo do movimento, geometria, deformações e presença de água. (GUIMARÃES, 2016). As classificações possuem aplicabilidade regional e são baseadas nas condições climáticas e geológicas locais, a classificação de Varnes (1978) é a mais utilizada internacionalmente, ela é dividida em tipo de movimento e tipo de material, como observado na tabela a seguir: Tabela 1: Classificação dos movimentos de encostas; VARNES (1978) Classificação dos movimentos de encosta segundo Varnes (1978) Tipo de movimento Tipo de material Rocha Solo (engenharia) Grosseiro Fino Quedas De rocha De detritos De terra Tombamentos De rocha De detritos De terra Escorregamento RotacionalPoucas unidades Abatimento de rocha De blocos rochosos De rocha Abatimento de detritos De blocos de detritos De detritos Abatimento de terra De blocos de terra De terra Translacional Muitas unidades Expansões laterais De rocha De detritos De terra 21 Para criação de uma classificação brasileira Augusto Filho (1992) ajustou a proposta de Varnes (1978) às características dos principais grupos de escorregamentos à dinâmica brasileira (GEORIO, 1999), conforme a tabela a seguir: Tabela 2: Características dos principais grandes grupos de movimento de massa; AUGUSTO FILHO (1992) Processos Características do movimento, material e geometria. Rastejo ou fluência Vários planos de deslocamento (internos) Velocidades muito baixas (cm/ano) a baixas e decrescentes com a profundidade Movimentos constantes, sazonais ou intermitentes Solo, depósito, rocha alterada/fraturada Geometria indefinida Escorregamento Poucos planos de deslocamento (externos) Velocidades médias (km/h) a altas (m/s) Pequenos a grandes volumes de material Geometria e materiais variáveis Planares- solos pouco espessos, solos e rochas com um plano de fraqueza Circulares- solos espessos homogêneos e rochas muito fraturadas Em cunha- solos e rochas com dois planos de fraqueza Queda Sem planos de deslocamentos Movimentos tipo de queda livre ou plano inclinado Velocidades muito altas (vários m/s) Material rochoso Pequenos a médios volumes Geometria variável: lascas, placas, blocos, etc. Rolamento de matacão Tombamento Corrida Muitas superfícies de deslocamentos (internas e externas à Corridas/ escoamentos De rocha (rastejo profundo) De detritos De terra (rastejo de solo) 22 massa em movimentação) Movimento semelhante à de um líquido viscoso Desenvolvimento ao longo das drenagens Velocidades médias e altas Mobilização de solo, rocha, detritos e água Grande volume de material Extenso raio de alcance, mesmo em área planas 2.2.1 Rastejo ou fluência É um deslocamento lento e contínuo das camadas superiores sobre as camadas mais profundas, apresenta um comportamento semelhante a um fluido viscoso e não possui uma superfície de ruptura bem definida, as causas podem ser dadas pela ação da gravidade combinadas com os efeitos da variação da umidade e temperatura (SANT’ANA, 2006), apresentando características como: cercas tortas e quebradas, fraturas de tensão, troncos de árvores curvos, entre outras, como pode ser visto na figura 3: Figura 3- Rastejo ou Fluência; REIS (2001) 23 2.2.2 Escorregamento São movimentos rápidos e de curta duração possuindo uma superfície de ruptura bem definida, tendo duas possíveis causa para sua ocorrência, a diminuição da resistência ao cisalhamento ou o aumento do peso da massa instável (CAPUTO, 1981). Os escorregamentos ocorrem quando a tensão cisalhante se iguala a resistência ao cisalhamento (FS=1), os escorregamentos são divididos em rotacionais (quando possuem uma superfície de ruptura curva) ou translacionais com uma superfície de ruptura plana. As superfícies de ruptura são classificadas como planares, em cunha, circulares ou mistas (circular e plana) (GUIMARÃES, 2016), conforme s figura a seguir: Figura 4: Tipos de superfície de ruptura; REIS (2001) 24 2.2.3 Quedas É quando uma massa de rocha e/ou solo é desmembrada de uma encosta íngreme ou plano inclinado, o deslocamento ocorre principalmente por queda livre, rolamento ou salto do material, são movimentos rápidos ou extremamente rápidos (AHRENDT, 2005), como pode ser vista na figura a seguir: 2.2.4 Corrida Movimentos de longo alcance e alta velocidade (≥10 km/h), possui um caráter hidrodinâmico, ocorre perda completa das características de resistência do solo e uma perda do atrito interno, devido a destruição da estrutura causada pelo excesso de água. (GERSCOVICH, 2016), na figura a seguir um exemplo de corrida. Figura 5: Exemplos de quedas; <http://www.rc.unesp.br/igce/aplicada/ead/riscos/ri sco11c.html Figura 6: Exemplo de corrida (Angra dos Reis,RJ-2010); https://descomplica.com.br/blog/uncategorized/movimentos-de- massa-i/ http://www.rc.unesp.br/igce/aplicada/ead/riscos/risco11c.html http://www.rc.unesp.br/igce/aplicada/ead/riscos/risco11c.html 25 2.3 RESISTÊNCIA DOS SOLOS A resistência ao cisalhamento de um solo é a máxima de tensão de cisalhamento que o solo pode suportar sem sofrer ruptura, ou a tensão de cisalhamento no plano de ruptura no instante da mesma, quase sempre a ruptura dos solos é um fenômeno de cisalhamento, um exemplo bem conhecido é o escorregamento de talude (PINTO, 2015). A resistência dos solos pode ser definida como o resultado da ação conjunta de dois fatores denominados de ângulo de atrito e coesão (MACHADO, 1997). 2.3.1 Atrito A resistência entre partículas denomina-se atrito, onde há uma proporcionalidade entre a força normal e a força tangencial. Essa resistência pode ser demonstrada com problema de deslizamento de um corpo em uma superfície plana horizontal (a), sendo N a força vertical transmitida pelo corpo, T a força necessária para o corpo deslizar deve ser superior a F e f o coeficiente de atrito entre os dois materiais, também descrito como T= N. tgϕ, onde ϕ é o ângulo de atrito, também chamado ângulo máximo que a força transmitida pelo corpo a superfície pode fazer com a normal sem ocorrer deslizamento (b). A inclinação do plano de contato pode provocar o deslizamento já que ele altera as componentes normal e tangencial ao plano do peso próprio chegando a uma situação limite (c). A resistência ao deslizamento é diretamente proporcional à tensão normal e podendo ser representada por uma linha reta, já que o coeficiente de atrito independe da área de contato e da força normal aplicada (d) (PINTO, 2015), como pode ser visto a seguir: Figura 7: Esquema do atrito entre dois corpos; PINTO (2015) 26 2.3.2 Coesão A coesão do solo é a força de atração química entre a superfície de suas partículas, geralmente representa uma parcela pequena da resistência final ao cisalhamento e são divididas em coesão real e coesão aparente (VARGAS, 1977). A coesão real se dá à tensão entre partículas resultante da pressão capilar da água sendo uma parcela da resistência ao cisalhamento de solo úmido, não saturado. Já a coesão aparente é um fenômeno de atrito, onde a tensão normal que a determina é consequente da pressão capilar. Esta parcela da resistência desaparece com a saturação do solo, surgindo daí o nome de aparente (PINTO, 2000). 2.3.3 Critérios de ruptura Os critérios de ruptura são formulações nas quais buscam ponderar as condições em que ocorre a descontinuação dos materiais. São baseados na curva tensão x deformação, independente do critério utiliza-se o conceito de envoltória de resistência ou de ruptura, onde a envoltória representa o lugar geométrico dos estados de tensão da ruptura, o inferior da envoltória representa estabilidade e a região superior à envoltória corresponde a tensões impossíveis de ocorrer (ruptura). Dentre os critérios podem ser citados: critérios de Tresca, Rankine, Mohr, Coloumb, Mohr-Coloumb (tabela 3). Sendo o que melhor representa o comportamento do solo são os critérios de Coloumb e Mohr (PINTO, 2015). Tabela 3: Critérios de ruptura; PINTO (2015). Tresca A ruptura ocorre quando a tensão de cisalhamento se iguala à tensão de cisalhamento máxima. Rankine A ruptura ocorre quando a tensão de tração se iguala à tensão normal máxima. Mohr A ruptura ocorre quando no plano de ruptura a combinação das tensões normais e cisalhantes é de tal forma que a tensão de cisalhamento serámáxima. Coloumb A ruptura ocorre se a tensão de cisalhamento ultrapassar um valor dado pela expressão c+f.σ, sendo σ a tensão normal existente no plano de cisalhamento e c e f constantes do material. Mohr-Coloumb Este critério é assume que a Envoltória de Mohr é definida por uma linha reta, definida como τ = C + σ tan ɸ 27 2.4 MÉTODO DE ANÁLISE DE ESTABILIDADE A análise de estabilidade tem por objetivo verificar a possibilidade de ocorrer um deslizamento de massa de solo presente em um talude, suas análises são divididas em análise probabilística onde estima a segurança a partir da probabilidade de ocorrência da ruptura do talude e análises determinísticas onde a segurança do talude é medida por um fator de segurança (GEORIO, 2000). 2.4.1 Análise probabilística A análise probabilística examina as condições de estabilidade do talude levando em consideração a variabilidade dos parâmetros geotécnicos envolvidos, características do talude e do solo e os erros associados à natureza, adotando um valor médio e um desvio padrão para cada parâmetro do solo, permitindo assim sua variação. Esta análise é baseada na obtenção do índice de confiabilidade do talude (forma de mensurar as incertezas relacionadas ao fator de segurança, medindo o número de desvios padrão que separam o FS médio do valor definido para sua ruptura) quantificando assim a probabilidade de ruptura. Para uma análise probabilística ser considerada efetiva é fundamental que existam dados suficientes de informações sobre o solo por meio de ensaios de campo e de laboratório que permitam estabelecer um coeficiente de variação representativo de cada parâmetro geotécnico envolvido na análise (TONUS, 2009). Simulação de Monte Carlo, Segundo Momento de Primeira Ordem e Estimativas Pontuais são os métodos probabilísticos mais empregados na geotecnia (REIS, 2010). A análise baseia-se em alguns dos métodos determinísticos os quais influenciam o resultado da probabilidade, mas sua principal vantagem está em quantificar as incertezas presentes. Caracteriza-se a segurança de um talude por um fator de segurança (FS) em valores médios corrigidos por parâmetros probabilísticos ou pelo valor do índice de confiabilidade (β). (RIBEIRO JUNIOR, 2011). 2.4.2 Análise determinística A análise determinística tem por função verificar a possibilidade de ocorrer um escorregamento de talude, em geral as análises são baseadas na comparação entre as tensões cisalhantes mobilizadas e a resistência ao cisalhamento, definindo assim um FS (fator de segurança) (GUIMARÃES, 2016). As análises determinísticas são dividas em: análise tensão deformação, análise limite e análise por equilíbrio limite, sendo esta última a mais popular atualmente, devido sua 28 facilidade de uso, simplicidade e a grande experiência adquirida ao longo dos anos (SANT’ANA, 2006). São caracterizadas por utilizar valores médios das variáveis empregadas no problema, como ângulo de atrito, coesão e peso específico do solo, não levando em consideração a variação desses parâmetros e fornecem como resultado um coeficiente de segurança. (TONUS, 2009). 2.4.2.1 Equilíbrio limite O método do equilíbrio limite (MEL) é exclusivamente fundamentado nas leis da estática, com o objetivo de determinar o estado de equilíbrio de uma massa de solo potencialmente instável, geralmente os resultados são apresentados em um fator de segurança (FS). (MEJÍA 2015). Para utilização deste método devem ser levadas em consideração algumas premissas. O material deve possuir um comportamento rígido plástico; A ruptura ocorre ao longo da superfície que pode ser de qualquer geometria; O fator de segurança é único ao longo de toda a superfície de ruptura; A trajetória de tensão é vertical; A massa de solo se encontra em condições iminentes de ruptura e o critério de Mohr Coulomb é satisfeito; As equações de equilíbrio estático são válidas até o momento da ruptura, quando na verdade o processo é cinemático; A teoria do equilíbrio limite é aplicada a diversos tipos de análise de estabilidade,efetuadas pela aplicação de um dos três métodos (GOMES, 2011): Métodos das cunhas- a massa do solo potencial instável é dividida em cunhas e as condições de equilíbrio são aplicadas em zonas separadas. Métodos das fatias- grande parte de análise de talude se faz por esse método, onde a massa do solo potencialmente instável é dividida em fatias verticais, as condições de equilíbrio são aplicadas nas fatias à parte. Método Geral- admite toda a massa de solo instável como se fosse um corpo rígido, e as condições de equilíbrio são aplicadas dessa maneira. 29 2.4.2.2 Comparação do método de equilíbrio limite Método de Morgenstern-Price - trata-se de um método rigoroso, onde satisfaz todas as condições de equilíbrio estático e admite uma superfície de ruptura qualquer, a massa potencialmente instável é dividida em fatias infinitesimais e para execução do cálculo é necessário o uso de uma ferramenta computacional (TONUS,2009). Spencer – inicialmente foi desenvolvido para superfícies de rupturas circulares e em seguida adaptado para superfícies de ruptura qualquer, corresponde a um método rigoroso, pois atende todas as equações de equilíbrio de momentos e de forças (SILVA, 2013). Janbu generalizado- Método rigoroso onde é baseado no equilíbrio das forças e dos momentos, considera ambas as forças entre as fatias que são determinadas por uma linha de empuxo assumida (REIS, 2010). Janbu simplificado- este método ignora as forças de cortes entre as fatias e as normais, satisfazendo apenas o equilíbrio da força, o método introduz um fator corretivo, no qual existe para considerar as forças de interação negligenciadas (TONUS, 2009). Bishop- este método leva em consideração que as forças entre as fatias estão na horizontal e que a força normal age no centro da base da fatia e é calculado através das somas verticais desprezando as horizontais (FERNANDES, 1998). Fellenius- também conhecido pelo método ordinário das fatias, onde admite uma superfície de ruptura circular, assume que a resultante das forças laterais são paralelas à sua base desprezando assim as forças de interação entre as fatias. (MACHADO, 2013). Sarma- método rigoroso onde satisfaz todas as condições de equilíbrio, além de considerar as forças sísmicas (terremotos), trabalha em superfícies de ruptura qualquer (BARBOSA, 2008). Para analisar a estabilidade, pode ser estudando toda superfície de falha ou dividindo a massa deslizada em fatias, o método das fatias (lamelas) foi desenvolvida por Petterson e Fellenius em 1936, e a partir este método foi sendo aperfeiçoado cada um com seu grau de precisão, entre os métodos mais utilizados nos ultimo 50 anos está o método de Janbu (1954) e Bishop (1955), porém os métodos mais precisos e complexos são os métodos de 30 Morgenstern-Price (1965) e Spencer (1967) nos quais permitem um análise muito rigorosa da estabilidade do talude, através dos programas computacionais (AGUILERA,2009). Vale ressaltar que apesar do método de Bishop não satisfazer o equilíbrio das forças horizontais e Jambu não atender ao equilíbrio de momentos, os seus fatores de segurança (FS) são aceitáveis para análise de estabilidade, pois no caso de superfícies circulares o FS entre o método de Bishop e os métodos mais rigorosos não ultrapassa 5%, já para as superfícies não circulares, o método de Jambu é mais utilizado, devido ser mais conservativo e a relação com outros métodos pode chegar a 30% (ABRAMSON et al., 1996). Na tabela a seguir são apresentados os métodos de análise e suas respectivas características. Tabela 4- Características dos métodos de equilíbrio limite; TONUS (2009). MÉTODO CARACTERÍSTICAS FELLENIUS Superfície de ruptura circular Satisfaz o equilíbrio demomento BISHOP SIMPLIFICADO Superfície de ruptura circular Satisfaz o equilíbrio de momentos Satisfaz o equilíbrio de forças verticais JAMBU SIMPLIFICADO Superfície de ruptura qualquer Satisfaz o equilíbrio de forças verticais e horizontais MORGENSTERN-PRICE Superfície de ruptura qualquer Satisfaz o equilíbrio de momentos Satisfaz o equilíbrio de forças verticais e horizontais. SPENCER Superfície de ruptura qualquer Satisfaz o equilíbrio de momentos Satisfaz o equilíbrio de forças verticais e horizontais. 2.4.3 Fator de segurança O FS é a razão entre os esforços estabilizantes (resistentes) e os esforços instabilizastes (atuantes), o mesmo tem por função avaliar a segurança de um projeto de engenharia (ABNT, 1991), como pode ser visto na figura a seguir: 31 Figura 8: Fórmula fator de segurança; ABNT (1991). Para que um talude seja considerado estável o mesmo deve possuir um FS maior que 1, já quando o FS se iguala 1 ocorre a ruptura e quando o FS é menor que 1, não possui significado físico (HORST, 2007). A NBR 11.682/1991 estipula coeficientes de segurança de acordo com o local, o FSadm corresponde a um valor mínimo a ser atingido (tabela 7) e varia de acordo com a vida útil e tipo de obra, possíveis perdas humanas e/ou econômicas(tabela 5 e tabela 6). A qualificação do risco deve levar em consideração as condições atuais e futuras do uso da área, (GERSCOVICH, 2016). Tabela 5: Nível de segurança desejado contra perdas humanas; ABNT (2009). Nível de segurança Critérios Baixo -Áreas e edificações com movimentação e permanência eventual de pessoas. -Ferrovias e rodovias de tráfego reduzido. Médio -Áreas e edificações com movimentação e permanência restrita de pessoas. -Ferrovias e rodovias de tráfego moderado. Alto - áreas com intensa movimentação e permanência de pessoas, como edificações publicas, residenciais ou industriais, estádios, praças e demais locais urbanos, ou não. - Ferrovias e rodovias com tráfego intenso. Tabela 6: Nível de segurança desejado contra danos materiais e ambientais; ABNT (2009). Nível de segurança Critérios Baixo -Danos matérias: locais próximos a propriedades de valor reduzido. -Danos ambientais: locais sujeitos a acidentes ambientais reduzidos. 32 Médio -Danos materiais: locais próximos a propriedade de valor moderado. -Danos ambientais: locais sujeitos a acidentes ambientais moderados. Alto -Danos Materiais: locais próximos a propriedades de alto valor histórico, social ou patrimonial, obras de grande porte e áreas que afetem serviços essenciais. -Danos ambientais: locais sujeitos a acidentes ambientais graves, tais como nas proximidades de oleodutos, barragens de rejeito e fábricas de produtos tóxicos. Tabela 7: Fatores de segurança mínimos para escorregamento; ABNT (2009). Nível de segurança contra danos materiais e ambientais Nível de segurança contra danos a vidas humanas Alto Médio Baixo Alto 1,5 1,5 1,4 Médio 1,5 1,4 1,3 Baixo 1,4 1,3 1,2 2.5 SLOPE-W O SLOPE-W é um software da GEOSTUDIO e é utilizado para análise de estabilidades, o mesmo tem por função solucionar problemas relacionados à estabilidade, resolvendo desde problemas simples até os mais complexos, ele determina a posição da superfície crítica de deslizamento e o fator de segurança mínimo. O programa emprega a teoria do equilíbrio limite com seus variados métodos (Bishop Simplificado, Spencer, Morgenstern-Price, Fellenius, U.S. Corps of Engineers, Janbu Simplificado e Lowe-Karafiath, Método Generalized Limit Equilibrium (GLE), método de tensão de elementos finitos) (TORRES FILHO & ANDRADE, 2015). A tabela a seguir demonstra as condições de equilíbrio estático pelos métodos de equilíbrio limite. (ABRAMSON et al,. 2002). 33 Tabela 8-condições de equilíbrio estático pelos métodos de equilíbrio limite; ABRAMSON et al, (2002). MÉTODO EQUILÍBRIO DE FORÇAS EQUILÍBRIO DE MOMENTO X Y Ordinário das Lamelas NÃO NÃO SIM Bishop Simplificado SIM NÃO SIM Janbu Simplificado SIM SIM NÃO Lowe-Karafiath SIM SIM NÃO Corpo de engenheiros SIM SIM NÃO Spencer SIM SIM SIM Rigoroso Bishop SIM SIM SIM Janbu Generalizado SIM SIM NÃO Sarma SIM SIM SIM Morgenstern-Price (GLE) SIM SIM SIM É possível fazer a escolha da geometria, dos materiais, espessura da camada de solo, inserir ângulo de atrito, peso específico, coesão e nível da água caso necessário, etc. (HORST, 2007). O programa considera diversos carregamentos, como cargas concentradas, sobrecarga de aterro, cargas sísmicas, ancoragens, etc. Para obter o fator de segurança o SLOPE/W resolve duas equações: uma equação leva em conta leva conta o equilíbrio de momentos e a outra o equilíbrio de forças. Os resultados da análise são obtidos através de processadores gráficos, que podem ser visualizados pelo monitor ou através da impressão/plotagem (SANT’ANA ,2006). Este software está dividido em três rotinas executáveis: DEFINE, SOLVE e CONTOUR, onde a primeira serve para definir o modelo do talude a ser analisado, a segunda para computar os resultados e por último CONTOUR para visualizar os resultados (HORST, 2007). 2.6 SOLO REFORÇADO O solo quando compactado adequadamente possui boa característica a compressão e ao cisalhamento, porém a resistência à tração é baixa ou nula, com o intuito de melhorar essas características mecânicas dos solos, materiais resistentes à tração são associados ao solo, esta 34 prática não é recente, pois há milênios se usavam materiais fibrosos como bambu e palha, porém o uso racional dessa técnica se iniciou em 1960, quando Henri Vidal desenvolveu e patenteou uma técnica na qual utilizavam tiras de aço interagindo com solos em obras de contenção, que passou a ser conhecido como “Terre Armée”. Quando comparada aos métodos tradicionais o reforço de solo apresenta vantagens econômicas, construtivas e técnicas. (MACAFERRI, 2015). No início da década de 1970 esta técnica já estava difundida pelo mundo, foi nesta mesma época que surgiram os primeiros reforços de muros utilizando-se geossintéticos (fibras poliméricas), o desenvolvimento do mesmo se deu de forma rápida, com crescente demanda e grande aceitação por todo mundo. (EHRLICH & BECKER, 2011). Na tabela abaixo podemos verificar marcos da evolução cronológica da técnica de reforço de solos: Tabela 9-Marcos da evolução cronológica da técnica de reforço de solos; TUPA (2006). DATA LOCAL OBRA DE APLICAÇÃO TIPO DE INCLUSÃO 1400AC Mesopotâmia Muralhas de Zigurat de Agar Quf Mantas de raízes China Trechos da Muralha China Galhos e raízes Roma Estradas de pedra Palha e bambu na base 1500 Peru (Incas) Calçadas Templo do Sol e a Lua Misturas de lã com argila 1926 EUA Reforço de camada asfáltica Mantas de algodão Após 1950 EUA/Holanda Diversidade de obras civis Elementos sintéticos 1966 França Muros de contenção e aterros Tiras metálicas Após 1970 Mundialmente Diversas Aplicações Geossintéticos em geral 2.7 GEOSSINTÉTICOS O nome surge da junção “geo” terra e “sintético” referente aos polímeros utilizado em sua fabricação. (ABRAMENTO, 2002). São produzidos por indústrias petroquímicas ou com fibra de vidro, borracha natural e outros materiais parecidos. (KOERNER, 1998). 35 Existem diversos geossintéticos disponíveis para aplicação tendo sua família constituída basicamente por: geogrelhas (rígidas e flexíveis), geocélulas, geobarras, tiras, geotêxteis (tecidos, não tecidos e reforçados), fibras difusas (microrreforço), georredes, geocompostos e geomembranas. Os geossintéticos possuem cinco funções principais, reforço de solo, filtração, separação de solo com diferentes, drenagem e barreira. Para o reforço de solo são utilizadas geogrelhas, geotêxteis e as geocélulas, tendo geogrelhas eos geotêxteis mais destaques para reforço de solo (PIMENTEL, 2003). 2.7.1 Geogrelhas Geogrelhas (Figura 9) produzidas para reforço de solo, mas também são utilizadas como elementos de separação, são feitas de plásticos e possuem um formato de grelha, são fornecidas em rolos de largura e comprimento determinados, podendo ser bidirecional e unidirecional, apresentando elevada resistência à tração em duas direções ou quando apresenta elevada resistência à tração em apenas uma direção respectivamente, dentre outras características possuem baixa deformabilidade, flexível, leve, facilidade na instalação, boa interação com o solo e elevada resistência aos micro-organismos e elementos químicos presentes no solo. Em relação ao processo de fabricação elas podem ser soldadas, extrudadas e tecidas. (BECKER, 2006). Figura 9: Geogrelha. 2.7.2 Geotêxteis Geotêxteis (Figura 10) são utilizados como reforço de solo, separação, drenagem e filtração, sendo mais versáteis, podendo ser divididos e tecidos e não tecidos. Os geotêxteis tecidos são fabricados pelo processo de tecelagem, os polímeros são derretidos e passados por um extrusor tornando forma de filamentos, depois de resfriado os filamentos são tecidos em duas direções, são filamentos do grupo anterior, porém cortado em contínuos ou pedaços 36 distribuídos aleatoriamente nos quais são interligados por processos químicos, mecânicos ou térmicos. (EHRLICH & BECKER, 2011). Figura 10: Geotêxteis 2.7.3 Geocélulas Geocélulas (Figura 11) geralmente são empregadas para proteção de talude sobre aterro ou estabilização de aterro sobre solo mole, são confeccionadas a partir de geogrelhas ou outro material plástico, quando esticadas seus elementos ganham uma forma parecida a “favos de mel” que posteriormente podem ser preenchidos com concreto, solo-cimento ou solo. (PALMEIRA, 1992). Figura 11: Geocélulas 2.7.4 Georredes Georredes (Figura: 12) constituem uma estrutura plana em forma de grelha, criada de forma a apresentar grande volume de vazios, utilizada principalmente como dreno. (PALMEIRA, 2001). 37 Figura 12: Georrede. 2.7.5 Geomembrana Geomembranas (Figura: 13) possuem baixa permeabilidade e são utilizadas como barreira para contenção de gases e líquidos. (TUPA, 2006). Figura 13: Geomembrana. 2.7.6 Geocompostos Geocompostos (Figura 14) são formados pela junção de dois ou mais tipo de geossintéticos com objetivo de agrupar características, melhorando a função dos mesmos. (PIMENTEL, 2003). Figura 14: Geocomposto. 38 2.7.7 Tiras plásticas Tiras plásticas (Figura 15) são utilizadas como reforço em obras do tipo “terra armada”, quando o ambiente possui características agressivas para as tradicionais tiras metálicas. (PALMEIRA, 1992). Figura 15: Tiras plásticas. No que se refere à aplicação dos diversos tipos de geossintéticos, cada um apresenta características específicas que o torna mais apropriado para utilização de acordo com problema a ser solucionado, características essas que podem ser observadas na tabela a seguir: Tabela 10: Tipos de Geossintéticos e suas Principais Aplicações; adaptado de Koerner (1998) 2.8 MURO DE CONTENÇÃO Os muros de contenção, também conhecidos como muros de arrimo, são estruturas criadas a fim de resistir aos empuxos laterais de terra ou de água. São utilizados quando há uma mudança repentina de elevação do terreno, causando uma situação de risco de escorregamentos caso não haja estrutura de contenção (BONISSONI, 2017). Os muros podem ser divididos em dois grupos: muros de gravidade (alvenaria de pedras, concreto ciclópico, gabiões, solo-cimento ou solo reforçado) e os muros de flexão, são Geossintéticos Aplicação Reforço Filtração Drenagem Proteção Separação Geogrelhas x x Geotêxteis x x x x x Geocélulas x x Tiras plásticas x Georredes x Geomembrana x x Geocompostos x x x x x 39 os muros de concreto armado com ou sem ancoragem e com ou sem contraforte. Dentre os muros de gravidade destaca-se o de bloco segmentado. (LUIZ, 2014). 2.8.1 Muro de bloco segmentado Muro de blocos segmentados são muros de contenção, formado por blocos pré- fabricados intertravados como paramento frontal e elementos planos (geogrelhas e geotêxteis) entre camadas de solo compactado, este sistema pode assumir diversas configurações tanto funcionais como estéticas, podendo ser inclinadas ou verticais, reta ou curva, possui três níveis de recuo entre fiadas, gerando faces inclinadas com a horizontal de 70º, 80º, 90º. A drenagem é feita de forma simples, bastando preencher as cavidades do bloco com material drenante (materiais granulares, tais como brita 1 ou 2, areia média ou grossa lavada, geodrenos e geotêxteis utilizados como elemento de separação e filtração), onde conduzirá a água para um dreno na parte inferior do muro. Quanto ao reforço, utilizam-se geotêxteis para muros baixos (h ≤ 4 m de altura) já para muros altos (h > 4 m), utilizam-se geogrelhas na base e inclusões inferiores/intermediárias dos muros. A execução deve ser feita de forma simultânea, ou seja, assentamento dos blocos (onde trabalham como forma para preenchimento das camadas), instalação do material de reforço e compactação da camada de solo (PALMA & PIMENTEL, 2004). Uma solução considerada recente, concebida no Brasil na década de 90, para se tornar mais simples e rápida, pode-se utilizar o solo local como material de aterro diminuindo bota- fora e a necessidade de importação, outra grande vantagem além dos custos atrativos é que podem ser utilizado em projetos de contenções com relevos desafiadores e com grandes alturas. (HUESKER, 2016). O uso desta técnica de contenção vem crescendo no Brasil, devido ao surgimento de produtos e processos que melhoraram a qualidade das obras. Tendo como vantagens: tempo de execução curto e não há necessidade de equipamentos sofisticados e mão-de-obra especializada, além de oferecer uma estética agradável. (BRUGGER et al.,2005). 40 2.8.1.1 Sequência construtiva para o muro de bloco segmentado A construção do muro de bloco segmentado pode ser dividida em quatro etapas: preparação do terreno , terraplanagem, montagem do muro e acabamentos e cuidados. O primeiro passo trata da preparação do terreno e início da execução da obra, é onde é feito o nivelamento do terreno, fundação(quando necessária), aplicação do concreto magro, colocação da primeira linha de blocos, alinhamento e nivelamento dos blocos, primeira camada de areia e preenchimento do bloco com material drenante, logo em seguida na segunda etapa, terraplanagem, é escolhido o material de aterro, feita sua compactação manual junto à face e no corpo da estrutura compactação com rolo adequado, deve levar em consideração que a camada de compactação deve terminar na espessura de cada linha do bloco e deve haver um controle de compactação (grau de compactação,umidade e espessura), já na montagem do muro é feita a colocação dos blocos preenchidos com material drenante, retirando o excesso de brita sobre os blocos, seleção da geogrelha conforme especificação de projeto e a modulação das mesmas, as geogrelhas são inseridas entreos blocos e esticadas no comprimento conforme o projeto e por fim é realizado os acabamentos arquitetônicos e cuidados com aspecto visual da face, drenagem com canaletas. Tendo como principais segmentos: arquitetura, obras hidráulicas, paisagismo e infraestrutura como pode ser visto na figura a seguir : (HUESKER, 2016). Figura 16: Técnicas de construção para muro de bloco segmentado 41 Figura 17: Principais segmentos do muro de bloco segmentado; HUESKER(2016). 42 3 ESTUDO DE CASO 3.1 DADOS DO CASO Trata-se de um caso hipotético de um talude natural localizadoem Nilópolis- Rio de Janeiro, com iminência de ruptura, onde se deseja construir um novo empreendimento residencial, mas para isso além de reforçar o solo será necessário obter ganho de área na parte superior, aproximadamente 210 m². Como solução foi pensado no aterro com reforço de geogrelha, com contenção de muro de bloco segmentado (0,20x0,40x0,40) preenchidos com brita 2. O talude possui mais de 47 metros de extensão e mais de 9,5 metros de altura, para análise foi utilizado o SLOPE-W, através do método determinístico, equilíbrio limite (Morgenstern-Price) analisando o talude natural e o talude após o reforço, indicando assim o aumento do fator de segurança. 3.2 ANÁLISE DE INVESTIGAÇÕES E DEFINIÇÃO DO PERFIL GEOLÓGICO-GEOTÉCNICO Para prospecção geotécnica foi realizado dois ensaios SPT, apontados no desenho, feitos em uma distância considerável, com intuito de verificar comportamento das camadas de solos e sua disposição em diferentes pontos, os traçados para o cortes (A-A e B-B) foram feitos de forma perpendicular às curvas de níveis para dar uma maior precisão de acordo com a realidade. A topografia demonstra a seguinte configuração e formato: Figura 18- Topografia do talude; AUTOR (2018). 43 Resultado dos ensaios SPT, “F-1” e “F-2”: Figura 19: Standard Penetration Test realizado no “F – 1”, cota 111,801; MELLO (2017). 44 Figura 20: Standard Penetration Test realizado no “F – 2”, cota 111,212.; MELLO (2017). 45 3.3 MODELAGEM E ANÁLISE DE ESTABILIDADE DO TALUDE A partir do arquivo.DWG foram realizadas as medições das cotas em relação às curvas de níveis a qual foi representada de metro em metro. Utilizando o software GEOSLOPE , foi escolhido o sub-programa SLOPE-W onde sua função é avaliar a estabilidade de taludes. Ao clicar em New, foi apresentada a tela inicial, na qual foi definido o nome do projeto, a descrição e o tipo de método de análise, foi escolhido Morgenstern-Price (por se tratar de um método mais preciso), em seguida foi escolhida a opção de utilização de linha piezométrica e na aba Slip suface, foi escolhido Entry and Exit, sendo a forma de definição para o cálculo da estabilidade. Em seguida foram criados os eixos, clicando na aba Sktech e na última opção Axes, e escolhido a dimensão da abscissa e da ordenada, ainda na aba Sktech foi utilizada a ferramenta Polylines, onde foi definida a geometria do talude. Desenhada a geometria, utilizando a opção Draw,Regions foram demarcadas as camadas de solo, de acordo com os resultado obtidos nos ensaios de SPT (figura 19 e figura 20). Após a demarcação, já na guia Keyln –Materials é feita a caracterização do solo utilizando o método de análise Mohr-Coloumb, especificando o peso específico, ângulo de Figura 21: Tela inicial SLOPE-W; AUTOR (2018). 46 atrito e coesão para cada camada de solo, após a criação dos materiais, basta clicar nas regiões e escolher o material recém-criado. Clicando no ícone Draw Pore-Water pressure foi definida a linha piezométrica, e por fim na opção, Draw – Slipe Suface – Entry and Exit onde é demarcado o topo e o pé do talude, arrastando por uma extensão que é mostrada em vermelho, essa demarcação se torna necessária para definição do cálculo. Prosseguindo com a análise utilizou-se a ferramenta Slope/w Solve. Essas instruções foram feitas para realizar a simulação tanto do corte A-A quanto do corte B-B como pode ser visto nas figuras a seguir: Figura 23- Corte B-B;AUTOR (2018). Figura 22: Corte A-A; AUTOR (2018). 47 Para a interpretação e caracterização do tipo de solos foram usados parâmetros de Lima (2002). Baseado nas correlações com o N(SPT) e análise de solos, foi possível a obtenção de características que atendam a equação de Mohr-Coulomb. Como pode ser visto na tabela a seguir: (MELLO, 2017). Tabela 11: Caracterização do solo local correlacionando os dados de N(SPT) com parâmetros de Lima (2002); MELLO(2017). Estratigafia local Cor representativa Classificação do material Médio Peso específico natural ( ) kN/m³ Ângulo de atrito (ɸ) Graus Coesão (C) kPa Argila Arenosa Média 12,29 18 27 10 Argila Arenosa Média Rija 16,75 18 27 10 Argila Arenosa Dura 25,42 18 30 25 Silte Arenoso Compacto 23,5 19 32 10 Alteração de Rocha Impenetrável à percussão 30 55 0 Para efeito de análise, o mesmo foi realizado em duas situações distintas, tanto para o corte A-A quanto para o corte B-B, sendo elas: com nível d’água elevado e com nível d’água baixo, observando o pior caso, além disso, foi considerada uma carga usual de 10kN/m² , simulando uma sobrecarga no topo do talude. O software carrega automaticamente os dados informados e processam as simulações de acordo com a demarcação do topo e pé do talude, a análise se dá em reposta demonstrando o fator de segurança, conforme nas figuras a seguir: 48 Figura 24: FS correspondente ao corte A-A com N.A elevado; AUTOR (2018). Figura 25: FS correspondente ao corte A-A com N.A baixo; AUTOR (2018). 49 Figura 27: FS correspondente ao corte B-B com N.A baixo; AUTOR(2018). Figura 26:FS correspondente ao corte B-B com N.A elevado; AUTOR (2018). 50 O fator de segurança obtido na análise foi correlacionado com a tabela NBR 11.682/2009, onde estipulam coeficientes de segurança de acordo com o local, vida útil e tipo de obra, possíveis perdas humanas e/ou econômicas (tabela 5), assim como danos materiais e ambientais (tabela 6), considerando as condições atuais e futuras, determinando assim o fator mínimo de segurança a ser atingido (Tabela 7). Levando em consideração que no pé do talude se encontra uma creche e no seu topo será construído um empreendimento residencial, possuindo um fator de segurança alto contra perdas humanas, pois se trata de uma área com intensa movimentação e permanência de pessoas, e já contra danos materiais e ambientais é considerado baixo, pois está próximo de locais com valor reduzido. Desta forma analisando a tabela 7, obtivemos um FSadm de 1,4 para tal situação. Vale ressaltar que o FS em ambos os cortes não sofrem alteração nas condições de nível d’água elevado e nível d’água baixo, pois os mesmos não interceptam a potencial superfície de ruptura. 3.4 UTILIZAÇÃO DO REFORÇO Visto que o fator de segurança obtido na análise foi abaixo do admissível, foi realizada a análise dos mesmos cortes do talude, agora reforçados, nas duas situações distintas com o objetivo de atingir o nível mínimo de segurança (1,4); Como o objetivo era ganhar área na parte superior e reforçar o talude, foi pensado na utilização de muro de bloco segmentado com reforço em geogrelhas, para que isso ocorresse foi empregada argila arenosa dura como aterro (solo em maior abundância na região, proporcionando assim um melhor custo benefício). Para o muro com aproximadamente 10 metros de altura, foi escolhido o muro de bloco segmentado utilizando o bloco 0,20x0,40x0,40m preenchido com material drenante, brita 2. Este muro foi escolhido pelo rápido tempo de execução e por não haver necessidade de equipamentos sofisticados e mão- de-obra especializada, além de oferecer uma estética agradável. Como reforço foram utilizadas 8 geogrelhas com resistência à tração de 120KN/m e, características de resistência ao arrancamento de 75 KPa. Deve-se lembrar de que a força máxima de arrancamento não deve ultrapassar a capacidade de tração consignada (FCT). Foi utilizado 1,5 como fator de redução, este valor é empregado para assegurar contra fatores externos inesperados e contra possíveis erros de execução. 51 Figura 28: Equação dacapacidade de tração consignada; GEOSLOPE (2012). Já a superfície de deslizamento é calculada com base na resistência ao arrancamento, mostrada na equação a seguir: Figura 29 Equação da superfície de deslizamento; GEOSLOPE (2012). Onde: FPR- superfície de deslizamento PR (∏.D)- resistência ao arrancamento RRF (S) FS- fator de redução Portanto o comprimento da geogrelha necessária para mobilizar a força de tração é dada pela fórmula a seguir: Figura 30: Equação para comprimento da geogrelha; GEOSLOPE (2012). As geogrelhas possuíam 5 metros e foram dispostas com espaçamento uniforme de 1 metro, ou seja, a cada cinco fiadas do bloco segmentado. Outro fator importante a ser considerado é que na execução foi feito uma escavação de 0,40m abaixo do pé do talude encaixando os primeiros blocos, a mesma serve para criar uma estabilidade na base do muro. Como pode ser visto na figura a seguir: Tabela 12: Legenda para configuração do talude reforçado; AUTOR(2018). LEGENDA Cor representativa Classificação do material Médio Peso específico natural ( ) kN/m³ Ângulo de atrito (ɸ) Graus Coesão (C) kPa Argila Arenosa Média 12,29 18 27 10 Argila Arenosa Média Rija 16,75 18 27 10 Argila Arenosa Dura 25,42 18 30 25 Silte Arenoso Compacto 23,5 19 32 10 Brita 2 - 15 38 0 Alteração de Rocha Impenetrável à percussão 30 55 0 52 Após o reforço houve o aumento do FS, tanto para o corte A-A quanto para o corte B- B, como pode ser visto nas figuras a seguir: Figura 31: Configuração do corte A-A reforçado; AUTOR (2018). Figura 32: Configuração do corte B-B reforçado; AUTOR (2018). 53 Figura 34: FS do corte A-A reforçado com N.A elevado; AUTOR (2018). Figura 33: FS do corte A-A reforçado com N.A baixo; AUTOR (2018). 54 Figura 36:: FS do corte B-B reforçado, com N.A baixo; AUTOR (2018); Figura 35:FS do corte B-B reforçado, com N.A elevado; AUTOR (2018). 55 4 RESULTADOS De acordo com a NBR 11.682/1991 e suas premissas para definição do FSadm correlacionadas com a localização do talude, foi determinado um FSadm de 1,4. Processando o talude para análise foram conferidos valores abaixo do admitido, tanto para o corte A-A quanto para corte B-B, como pode ser visto na figura 24,25,26 e 27. Nota-se que para o mesmo corte não há variação nos coeficientes de segurança, uma vez que os N.A não interceptam a superfície de ruptura, para maiores entendimentos foi criada uma tabela explicativa a seguir: Tabela 13: análise do FS do talude natural; AUTOR (2018); Corte FS obtido FSadm FS obtido ≥ FS adm Corte A-A com N.A elevado 1,178 1,40 Não confere Corte A-A com N.A baixo 1,178 1,40 Não confere Corte B-B com N.A elevado 1,071 1,40 Não confere Corte B-B com N.A baixo 1,071 1,40 Não confere Após esta análise, verifica-se a iminência de ruptura do talude, e para atender ao objetivo do projeto, que é aumentar a área do topo do talude para construção de um empreendimento residencial, haverá a necessidade da execução de um aterro adjunto de reforço. Como solução mais rentável, está a implementação de aterro com solo em maior abundância da região, e a utilização de geogrelhas e muro de bloco segmentado. Os resultados obtidos adotando-se solução (tabela 14) resultaram em um FSadm maior que 1,4, proporcionando uma maior segurança de projeto. As figuras 33, 34, 35 e 36 apresentam os resultados dessa análise. 56 Tabela 14: Análise do fator de segurança do talude reforçado; AUTOR (2018). Corte FS obtido FSadm FS obtido ≥ FS adm Corte A-A com N.A elevado 1,546 1,40 Confere Corte A-A com N.A baixo 1,546 1,40 Confere Corte B-B com N.A elevado 1,735 1,40 Confere Corte B-B com N.A baixo 1,735 1,40 Confere 57 5 CONCLUSÃO Pelas análises realizadas e apresentadas no presente trabalho verifica-se um ganho na segurança do projeto com a utilização de reforço com geossintético e execução de um muro fragmentado. Tal solução possibilitou à execução de um projeto de talude cujo objetivo era a obtenção de uma área para implantação de um empreendimento. Os resultados obtidos pelo programa SLOPE-W, apresentou um FS de 1,178 para o corte A-A e 1,071 para o corte B-B, quando analisado o talude sem reforço. A solução utilizando reforço de geogrellha do tipo MacGrid WG 120 e a execução de um muro de bloco segmentado, proporcionou um FS de 1,546 para o corte A-A e 1,735 para o corte B-B. O talude reforçado proporcionou um claro aumento do fator de segurança. A utilização dessas duas soluções conjuntas, geogrelha e muro de contenção, proporcionou melhorias mecânicas ao solo Pode-se concluir que a inserção de reforços com geossintéticos, gera uma estabilidade superior quando comparada ao talude natural, demonstrando menos suscetibilidade a ações intempéricas da natureza a fim de minimizar os desastres provenientes de sua instabilidade. 58 6 REFERÊNCIAS ABRAMENTO, M. Solos reforçados com geossintéticos. Mini-curso e palestra. São Paulo, 2002, p. 47. ABRAMSON, Lee W., Lee, Thomas S., Sharma, Sunil, Boyce, Glenn M., Slope stability concepts. In Slope Stability and Stabilization Methods, pp. 364-367, John Wiley & Sons, Nova Iorque, 2002. AHRENDT, A. 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