371) INTRODUÇÃO A FALHAS NOS TALUDES

Introdução à estabilidade de taludes

Deslizamento de terra translacional no Japão (Highland and Bobrowsky, 2018 por Khang Dang e Kyoji Sassa)


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  1. Tópicos sobre análise de estabilidade de taludes

  2. Estabilidade do declive - Geral

  3. Tipos e exemplos de falha de declive

    1. Quedas

    2. Derruba

    3. Slides

    4. Spreads laterais

    5. Fluxos

    6. Deslizamentos complexos

  4. Causas de falhas em taludes

  5. Referências

  6. Tópicos Selecionados

  7. Tarefas de aula na web

Tópicos sobre análise de estabilidade de taludes

Geoengineer.org reuniu e apresentou material educacional sobre os seguintes tópicos de estabilidade de encostas:

  1. Mecânica de Estabilidade de Declive

  2. Análise de estabilidade de declive infinito e círculo sueco

  3. Introdução ao Método das Fatias

  4. O Método Bispo de Slice s

  5. O Método Janbu

  6. O Método Spencer de Fatias

  7. Superfície de falha crítica e fator de segurança do projeto

  8. Análise de Exemplo

Estabilidade do declive - Geral

As encostas são normalmente categorizadas em dois tipos: encostas naturais e artificiais. Encostas naturais são formadas devido a processos físicos que incluem placas tectônicas e intemperismo / erosão de maciços rochosos que resultam em deposição de material. Encostas feitas artificialmente são estabelecidas para facilitar projetos de infraestrutura, por exemplo, aterros, barragens de terra, cortes de estradas, etc.

A estabilidade de um talude é de importância crítica em aplicações de Engenharia Geotécnica. Um movimento de declive (também conhecido como deslizamento de terra) pode levar a problemas graves, incluindo danos à infraestrutura e / e vítimas. A estabilidade da encosta depende da capacidade da massa do solo em suportar suas forças gravitacionais, as cargas adicionais que atuam na encosta, bem como as cargas dinâmicas potenciais (como a de um terremoto).

Um equívoco comum é que deslizamentos de terra ocorrem em encostas íngremes e remotas e não afetam realmente a infraestrutura humana. No entanto, as estatísticas mostram que a maioria das regiões do mundo são afetadas por (pelo menos) alguns tipos de fenômenos de deslizamento de terra que podem ser desencadeados por vários fatores, incluindo erosão, precipitação, terremotos, atividade humana, etc.

Os deslizamentos de terra podem ocorrer rapidamente ou progredir de forma constante a uma taxa fixa. Eles são comuns em solos e maciços rochosos com propriedades mecânicas pobres (altamente fraturados ou intemperizados). No entanto, um deslizamento de terra pode ser desencadeado também por deformações ao longo de camadas de descontinuidade de rochas fortes. A natureza e o tipo de fenômenos de deslizamento de terra são complexos e são analisados ​​mais detalhadamente a seguir.

Tipos e exemplos de falha de declive

O sistema de classificação de escorregamentos mais comum e completo é o de Varnes (1978), que apresenta um sistema que requer a definição do material do escorregamento e do tipo de movimento induzido. Os materiais do solo são distinguidos em 5 categorias:

  • Rocha : Uma rocha intacta que costumava estar localizada em sua posição inicial (ou seja, não sofreu erosão) antes do movimento ocorrer.

  • Solo : Massa de solo formada ou transferida devido ao intemperismo e à erosão das rochas. Os solos são constituídos por partículas sólidas e vazios preenchidos com líquido e / ou ar, representando um sistema trifásico .

  • Terra : O material do solo no qual mais de 80% consiste em partículas menores que 2 milímetros (limite superior de partículas de areia).

  • Lama : O solo no qual mais de 80% consiste em partículas menores que 0,06 milímetros (limite superior de partículas de lodo).

  • Detritos : o material do solo que possui 20% -80% de partículas maiores que 2 milímetros.

Os 5 tipos de movimentos de deslizamento que podem ser observados são categorizados da seguinte forma:

Quedas

Quedas são movimentos para baixo que progridem rapidamente e não podem ser precedidos por movimentos iniciais ou avisos. Ocorrem quando uma massa rochosa se desprende de uma encosta ao longo de um plano de descontinuidade que pode estar associada a fraturas, juntas ou estratificação ( Figura 1 ). As quedas são controladas pela resistência ao cisalhamento do plano de descontinuidade, que é reduzida com a propagação do intemperismo mecânico e a presença de água. Uma vez destacado, um bloco de rocha seguirá uma certa trajetória que depende de seu tamanho e forma e da topografia da região. O tipo de movimento pode incluir queda livre, salto, rolamento ou uma combinação desses componentes.


Figura 1 : a) Ilustração de uma queda de rochas (USGS, 2004), b) Queda de rochas nos Pirenéus Centrais, Espanha (Corominas, 2017)

Derruba

Quedas também são falhas que ocorrem em materiais rochosos e se assemelham a quedas. Porém, esse tipo de falha está associado a um movimento rotacional que ocorre em torno de um determinado ponto localizado em uma posição relativamente baixa ( Figura 2 ). Os tombos são controlados por uma ação combinada de forças gravitacionais que induzem um momento de flexão e forças externas (por exemplo, desgaste, pressão da água, ciclos de congelamento e descongelamento).


Figura 2 : a) Ilustração de uma falha de tombamento (USGS, 2004), b) Falhas de tombamento em blocos de granito, Monte Evans, Floresta Nacional Arapaho, Colorado, EUA (Highland and Bobrowsky, 2018)

Slides

As lâminas referem-se aos movimentos do solo ao longo de uma superfície ou zona de fraqueza especificada. Um deslizamento ocorre quando a tensão de cisalhamento aplicada ao longo de uma superfície supera sua resistência ao cisalhamento. A falha pode se propagar progressivamente iniciando de uma zona de falha local. O corpo principal do slide se moverá para baixo, separando o terreno estável do terreno instável.

Existem dois tipos principais de slides: slides rotacionais e translacionais . Em escorregadores rotacionais , a superfície de falha é curvada para dentro e aponta para cima e a massa do escorregamento está girando aproximadamente em torno de um eixo transversal ao movimento do escorregador e paralelo à superfície do solo. O movimento geralmente está associado à ruptura por cisalhamento do solo, sendo sua geometria tridimensional em “formato de colher”. Certos recursos são definidos para caracterizar um slide rotacional, conforme mostrado na Figura 3. A superfície de ruptura é a zona na qual o material do solo desliza. A escarpa principal refere-se a uma borda relativamente íngreme na ponta do deslizamento que revela o terreno não perturbado e o componente visível da superfície de ruptura. A coroa é a área acima da escarpa principal que não se moveu para baixo. O corpo principal do escorregador é toda a massa de solo que deslizou ao longo da superfície de falha. A cabeça é a seção superior do slide entre a escarpa principal e o material terreno deslocado. O dedo do pé é a parte mais distante da escarpa principal onde o material do deslizamento de terra se acumulou e o pé refere-se à parte do material que falhou que foi depositado sobre a superfície inicial do solo.


Figura 3 : Principais características de um deslizamento de terra rotacional (USGS, 2004)

No entanto, às vezes a superfície de falha é controlada por planos de fraqueza pré-existentes (por exemplo, falhas, fissuras, rachaduras ou juntas). Nesse caso, uma avaliação de engenharia deve reconhecer essas características, uma vez que a falha não seria totalmente controlada pelo componente de cisalhamento do material. Um slide rotacional irá eventualmente parar de se propagar conforme um equilíbrio de tensão é restaurado com o movimento de massa. Um exemplo de um slide rotacional é dado na Figura 4 .


Figura 4: O deslizamento de terra rotacional de Holbeck Hall, em Scarborough North Yorkshire, Inglaterra (junho de 1993) (foto do British Geological Survey )

Os deslizamentos translacionais ocorrem ao longo de uma superfície plana predefinida e o solo está sujeito a nenhuma ou pouca rotação. Os deslizamentos translacionais são controlados principalmente por superfícies de fraqueza (juntas, planos de estratificação, etc.) ou pelo contato de materiais com diferentes resistências ao cisalhamento. Teoricamente, um escorregador translacional pode se propagar indefinidamente dado que a superfície de ruptura mantém sua inclinação e sua resistência ao cisalhamento permanece inferior à força motriz.


Figura 5 . a) Ilustração de um deslizamento de terra translacional (USGS, 2004) eb) Deslizamento de terra translacional co-sísmico desencadeado no Japão em 2016 (Highland and Bobrowsky, 2018 por Khang Dang e Kyoji Sassa)

Spreads laterais

Propagações laterais são fenômenos deformacionais causados ​​por liquefação, o processo durante o qual um solo saturado (geralmente areia) sofre perda de resistência após uma mudança repentina em suas condições iniciais de estresse. Portanto, o solo tende a se comportar mais como um líquido do que como um sólido. Essas deformações ocorrem em encostas menos íngremes e geralmente são desencadeadas por cargas dinâmicas, como a de um terremoto. A propagação lateral é geralmente um processo progressivo que ocorre principalmente perto de margens, margens de rios e portos onde existem solos arenosos soltos e saturados. A infraestrutura fundada nesse tipo de solo está sujeita a danos extensos ( Figura 5 ).


Figura 5 . a) Uma ilustração de um deslizamento de terra translacional (USGS, 2004) e b) Exemplo de disseminação lateral causado por um terremoto no Paquistão ( independente )

Fluxos

Segundo Varnes (1978), nem todos os tipos de movimentos de declive podem ser categorizados nas categorias mencionadas. Existem certos fenômenos de deslizamento de terra que assumem a forma de fluxos lentos ou rápidos. Nas rochas, existem tipos de movimentos lentos que resultam em dobras ou dobras. Pelo fato de esses deslocamentos se assemelharem a fluidos viscosos, podem ser caracterizados como fluxos rochosos.

Em relação aos fluxos em materiais do solo, Varnes (1978) distinguiu 5 categorias principais:

  1. Fluxo de detritos : movimentos rápidos de massa de solo que incluem menos de 50% de material fino. Os fluxos de detritos geralmente são desencadeados após uma forte precipitação saturar e mobilizar o solo ou podem ser causados ​​por outro tipo de deslizamento para cima ( Figura 6a ). Ocorrem espacialmente perto de ravinas íngremes, onde as condições para tais fluxos são favoráveis. Um exemplo de material acumulado após um fluxo de detritos é mostrado na Figura 7a .

  2. Avalanche de detritos : Um fluxo rápido de detritos freqüentemente desencadeado em encostas íngremes quando a coesão do material é relativamente baixa ou / e quando o conteúdo de água é alto ( Figura 6b ).

  3. Fluxo de terra : Fluxo em solos de granulação fina ou rochas argilosas sob condições saturadas. A liquefação do material leva à formação de uma tigela no topo da encosta e cria um efeito de “ampulheta” único ( Figura 6c ). Um exemplo de fluxo de terra é ilustrado na Figura 7c .

  4. Fluxo de lama : Um fluxo rápido que consiste em pelo menos 50% de argila, silte e partículas de areia. Eles são caracterizados por um alto teor de água e às vezes são chamados de deslizamentos de terra.

  5. Fluência : Um tipo sutil e constante de fluxo descendente causado pela deformação por cisalhamento. As tensões de cisalhamento são altas o suficiente para causar deslocamentos, mas não são adequadas para resultar em falha de cisalhamento. Uma característica comum que revela fluxo lento é a presença de troncos de árvores tituladas ( Figura 7b ).



Figura 6 : Ilustração de a) fluxo de detritos, b) avalanche de detritos, c) fluxo de terra ed) fluxo de escoamento (USGS, 2004)


Figura 7 . a) Material acumulado de um fluxo de detritos na Ilha de Cefalônia, Grécia (GEER, 2020), b) Pedaços de árvore intitulados como um indicador de fluência do solo ( USRA por Tom McGuire), ec) Deslizamento de terra La Conchita no condado de Ventura, Califórnia (1995 ) Uma queda resultou em um fluxo de terra para baixo (foto de Mark Reid, US Geological Survey )

Deslizamentos complexos

Um deslizamento de terra complexo composto de uma combinação dos componentes deformacionais discutidos acima. Deslizamentos complexos comuns incluem um componente inicial rotacional ou translacional seguido por certo tipo de fluxo. Ao combinar o tipo de movimento e o tipo de material, Varnes (1978) desenvolveu uma classificação dos fenômenos de escorregamento, conforme apresentado na Tabela 1.


Figura 8 . Um deslizamento de terra complexo. Um componente rotacional seguido por fluxo de terra (Conforti et al., 2014)


Tabela 1 . Classificação de deslizamentos de terra com base no tipo de material e movimento (dados de Varnes, 1978)

Causas de falhas em taludes

As falhas de inclinação podem ser desencadeadas por causas naturais ou induzidas pelo homem, ou uma combinação das duas. As causas naturais dos deslizamentos de terra incluem: forças gravitacionais que tendem a desestabilizar o solo, saturação da água, erosão, cargas dinâmicas (por exemplo, terremotos), elevação repentina do nível do aquífero, erupções vulcânicas e ciclos de congelamento-degelo.

A presença de água é um dos fatores mais comuns que desencadeiam deslizamentos. A saturação da água pode ser causada por fortes precipitações, derretimento da neve ou mudanças no nível do lençol freático. A saturação de água reduz a resistência ao cisalhamento dos solos. Em particular, diminui o estresse efetivo normal que atua entre os grãos e, portanto, a resistência ao atrito é reduzida. O critério de falha de Mohr-Coulomb sugere que a resistência ao cisalhamento do terreno é proporcional à tensão efetiva normal como:


Onde t é a resistência ao cisalhamento, σ n é a tensão efetiva, σ t é a tensão total, u é a pressão da água dos poros, c é a coesão e φ o ângulo de atrito.

Terremotos também são fatores desencadeadores de deslizamentos de terra. O tremor do solo impõe cargas horizontais e verticais desestabilizadoras (sendo as primeiras as mais importantes) e também pode resultar em liquefação. A agitação sísmica também pode atuar como um fator contribuinte, em vez de desencadeante, pois pode causar a deterioração da resistência ao cisalhamento do solo e desestabilizar o declive. O declive pode, subsequentemente, estar sujeito a deslizamentos de terra em condições estáticas, por exemplo, após forte precipitação ou quando outro terremoto ocorrer.

As causas de deslizamentos de terra induzidas pelo homem são ações que podem desestabilizar encostas, incluindo: escavações de ponta de pé, cargas de infraestrutura atuando em uma encosta, vibrações de máquinas que aplicam cargas dinâmicas, construção de aterros fracos ou barragens de terra e desmatamento que pode agravar inundações e detritos extensos / fluxos de terra.

Referências

Conforti, M., Muto, F., Rago, V. e Critelli S. (2014). Mapa de inventário de deslizamentos de terra do nordeste da Calábria (sul da Itália), Journal of Maps, 10: 1, 90-102, DOI: 10.1080 / 17445647.2013.852142

Corominas, J., Mavrouli, O. e Roger RC (2017). Ocorrência e fragmentação de queda de rochas. 75-97. 10.1007 / 978-3-319-59469-9_4.

GEER (2020). O Impacto do Medicane Ianos de 18-20 de setembro de 2020 na Grécia - Relatório de Reconhecimento da Fase I. GEER-068, https://doi.org/10.18118/G6MT1T

Highland, L. e Bobrowsky, P. (2018). TXT-tool 0.001-2.1 Tipos de deslizamento: descrições, ilustrações e fotos. 10.1007 / 978-3-319-57774-6_1.

Pesquisa Geológica dos Estados Unidos (2004). Tipos e processos de deslizamento de terra. Folha de dados 2004-3072.

Varnes, DJ (1978). Tipos e processos de movimento de taludes. In: Relatório Especial 176: Deslizamentos: Análise e Controle (Eds: Schuster, RL & Krizek, RJ). Transporte e Conselho de Pesquisa Rodoviária, National Academy of Science, Washington DC, 11-33.

WG / WLI (1994). Um método sugerido para relatar as causas de deslizamentos. Touro. Int. Assoc. Eng. Geol. 50 (1), 71e74.