371) INTRODUÇÃO A FALHAS NOS TALUDES - MOVIMENTOS DE MASSA

TIPOS DE ESCORREGAMENTOS

As edificações que surgem cada vés mais em terrenos inclinados ou ingremes e em local de difícil acesso tem sido um problema grave, representam um desafio significativo devido ao crescimento desordenado das cidades e a falta de controle, orientação, plano diretor e fiscalização, causando a frente graves problemas geológicos e geotécnicos de deslizamento de grande monta incluindo vítmas que a sociedade não consegue perceber ou acompanhar e que frequentemente resultam acaba resultando em grandes tragédias.

Esses problemas decorrem da simplicidade como os mais carentes ao conquistar seu espaço não conseguem mitigar os riscos e perigos com a falta de compatibilidade entre as técnicas de geotecnia pelo desconhecimento e a falta de sondagens e da geomorfologia de seu entrono e da própria ocupação desordenada urbana, e as veses até mesmo pela vontade de se ter uma vista privilegiada das montanhas da serra e da vista previlegiada do mar e as características naturais inerentes ao local do terreno adquirido ou da zona de ocupação irregular.

Existe algumas áreas de alta instabilidade geológica e geotécnoca que deve ser evitadas principalmente em regiões serraans , como encostas da Serra do Mar, que jamais deveriam ser ocupadas sem uma investigação do solo local ou apoio de obras complexas de contenção para assegurar a segurança das pessoas e do entorno inclusive da preservação do meio ambiente.

Outras áreas de médio risco poderiam receber ocupação urbana mais adequada, mas são mal utilizadas devido à inadequação técnica da qual são ocupadas ou zoneadas. sem uma análise de risco geológico geotécnico de seu entorno.

Além das deficiências nas políticas habitacionais já descritas, a falta de uma cultura técnica específica para lidar com terrenosmais ingremes contribui para aumentar a gravidade e potencialidade desses problemas ao longo do tempo.

Tanto na construção negligente e desordanada de moradias pela população de baixa renda quanto em projetos privados ou públicos, há uma vertente que se orienta evitar as áreas ingrems, em taludes, proximas a encostas, a regiões alaqgadiças, proximos do mar , rios e terrenos que possuem solos moles.

A prevalência da mentalidade voltada para áreas planas, londe de encostas, e distante das águas devera ser o bom senso esperado tant pelas pessoas quanto das autoridades.

Ma nem sempre isso acontece se fazendo lotemantos na busca frenética e obsessiva por criar platôs planos através de cortes e aterros, mesmo em terrenos altamente inclinados, aumentando assim o risco geológico- geotécnico.

É essencial adotar concepções construtivas e arquitetônicas mais adequadas à topografia irregular sem esquecer de entender o subsolo edificante o que só se consegue ter a certeza elaborando um perfil geológico geotécnico fazendo o uso das sondagens mistas.

Decorrente do estudo dos solos executados com as sondagens que inclui técnicas como o uso de estruturas de contenção, como muros de arrimo, cortinas atirantadas, solo grampeado, muros de gravidade, estacas justapostas de contenção, gabiões, muros de terra armata, solo envelopado, solo grampeado verde e alternativas mistas.

A incorporação de elementos de adaptação ao terreno, como pilotis e plataformas niveladas só deve ser executada com conhecimento da geologia e principalemnte da presença do lenol freático e onde ele estaria atuando.

Além disso, é crucial considerar a drenagem adequada e a estabilização do solo para evitar deslizamentos e outros acidentes, incluindo drenagem longitudinal profunda, drenos horizontais profundos, drenos sub verticais, barbacãs em alta densidade para obras de contenção aliviando o peso da água e as linhas de surgência.

A conscientização sobre a importância de adaptar as práticas de construção às características do terreno é fundamental para mitigar os riscos associados à ocupação de terrenos inclinados, sendo necessária serem constantemente divulgadas seja pelas escolada de engenharia, CREA, instituições publicas e federais.

As edificações em terrenos inclinados representam um desafio significativo devido aos graves problemas geológicos e geotécnicos que frequentemente resultam em tragédias, com a queda dessa edificações ou seja pela construção irregular, falta de sondagens e esturdo de solo e estabilidades, flata de projeto de fundação e contenção compatíveis.

Esses problemas decorrem da falta de compatibilidade entre as técnicas de ocupação urbana e as características naturais dos terrenos visivilmente comum nas grandes cidades.

Introdução à estabilidade de taludes

Estabilidade da inclinação

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

Em certas condições, por ex. onde existam estratos ou camadas de diferentes resistências, a ruptura do talude pode ocorrer ao longo de uma superfície plana ou de uma superfície poligonal composta por vários planos

A ruptura do talude do solo que ocorre principalmente ao longo de um único plano paralelo ao talude é muito incomum, embora este modelo possa ser válido para taludes naturais em rochas cobertas com solo residual ou detritos , ou em taludes rochosos onde descontinuidades iluminam o talude A face pode definir superfícies de falha planas, embora muitas vezes não alcancem a cabeça do talude.

A 4.1 : Estabilidade de Taludes - tipos de movimentos de massa

Tópicos sobre análise de estabilidade de taludes

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

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 de blocos

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)

Quedas de rochas são quedas livres muito rápidas de blocos rochosos que são desalojados de planos de descontinuidade pré-existentes (tectônicos, superfícies de leito, fissuras de tensão).

O movimento pode ser por uma queda vertical, por uma série de ressaltos ou rolando pela face da encosta. São comuns em encostas íngremes em áreas montanhosas, em falésias e em geral em paredões rochosos; Os blocos são delimitados por diferentes conjuntos de descontinuidades, muitas vezes formando blocos em forma de cunha.

Os fatores que as causam incluem erosão e perda de suporte para blocos previamente separados ou soltos em encostas íngremes, pressões de água em descontinuidades e fissuras de tensão e abalos sísmicos.

TOMBAMENTOS

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)

Tombamento de Blocos

São movimentos aparentemente imperceptíveis e imprevisíveis naquele momento, porém que se da pela rotação de blocos rochosos, em alta velocidade e condicionado por estruturas geológicas no maciço rochoso, com grande mergulho se movimenta gerando a queda de pequenos a grandes blocos.

O risco de tombamento de blocos nas estradas decorre, frequentemente, de condições geotécnicas adversas, incluindo instabilidade do solo, erosão e fenômenos de movimentação de massa.

Fatores como a falta de implementação de técnicas adequadas de estabilização geotécnica e eventos climáticos extremos podem acentuar significativamente essa probabilidade.

Portanto, a adoção de medidas preventivas baseadas em avaliações geotécnicas apropriadas, incluindo o monitoramento constante e intervenções para fortalecimento das encostas, é fundamental para mitigar esses riscos.

Como foi o caso da tragédia em Capitólio-MG, que ocorreu em janeiro de 2022.

Tragédia em Capitólio - MG.

Os paredões de quartzito na região possuem fraturas verticais (como rachaduras), por onde circula a água das chuvas que causa o intemperismo. Além disso, a água do reservatório de Furnas causa o desgaste e a dissolução da base destas rochas. Portanto, o que aconteceu é bastante comum, é a dinâmica natural de formação dos cânions que há na região.

Infelizmente o tombamento da estrutura atingiu turistas que visitavam o local.

Segundo o Corpo de Bombeiros, houve uma gama de erros que desencadeou a tragédia. Como lanchas lotadas e guias que ignoraram a recomendação de não aproximar dos paredões em período de chuva, pois o solo enchardado e a maior infiltração da água nas fraturas das rochas aceleram a ruptura e o tombamento de estruturas rochosas.

Uma fotografia feita em 2012 serve como exemplo das fraturas que há nas estruturas rochosas, mas em outras o desgaste é principalmente da base. Tais evidências demonstram que as estruturas podem desprender e virem a tombar a qualquer momento.

Minha solidariedade aos familiares e amigos das cinco vidas perdidas, dos vinte ainda desaparecidos e dos mais de 32 feriados por conta da tragédia de Capitólio- MG.

Apesar da lamentável tragédia, permaneço com o objetivo de conhecer esse lugar mágico, conhecido como o “mar de Minas Gerais”.

Crédito:

Texto descritivo: Prof. Diego Tarley F. Nascimento (UFG)

Diagrama ilustrativo: Prof. Rubson Pinheiro (UFC)

Fotografia de 2012 destacando uma fratura em uma estrutura próxima ao acidente: Flávio Freitas

Fotografias dos passeios pelos cânions: Google Imagens.

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:

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 .
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 ).
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 .
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.
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.

Estabilidade de taludes submetida à infiltração de chuvas usando Plaxis 2D

Aqui está um exemplo de simulação da estabilidade de um talude submetido a chuvas usando o software Plaxis 2D, que é baseado no FEM.

Intensidade da precipitação = 5 mm/hora a Duração da Precipitação = 30 horas

FS de Inclinação não submetida a Precipitação Pluviométrica= 2,38

FS de Inclinação submetida a Precipitação Pluviométrica = 1,84

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