384) Análise de Estabilidade de Taludes - Conceitos Básicos

Método Global de Análise de Estabilidade 

Retroanálises para avaliação de estabilidade de taludes.

Após o rompimento do talude, agora conhecemos o fator de segurança para essa condição de falha.

 A partir daí, podemos investigar as propriedades e parâmetros dos solos e rochas que compõem o talude.

Para isso, será necessário obter a topografia original e a superfície cisalhada, além de realizar sondagens que permitam a representação do perfil geológico-geotécnico.

Considerando os desafios dos ensaios laboratoriais, muitas vezes complexos, as retroanálises desempenham um papel importante na determinação dos parâmetros, ajudando a superar essa deficiência.

Esse processo nem sempre é fácil, envolvendo tentativa e erro. 

Quando a falha ocorre ao longo de uma mesma camada, é menos trabalhoso. No entanto, quando isso não acontece, a análise computacional deve ser mais minuciosa e cuidadosa.

No entanto, os esforços valem a pena, especialmente em situações em que o projetista dispõe apenas de boletins de sondagem SPT como informações máximas.

"Landslide Causal Factors and Lanslide Remedialtial Options" ( 2002 ) um gráfico qualitativo onde mostra a degradação do fator de segurança de um talude ao longo do tempo.

Gráfico qualitativo da degradação do Fator de Segurança ao longo do tempo ( Popescu-2002 ). 

A escavação de taludes é geralmente necessária quando a infraestrutura linear, como estradas e ferrovias, ou outras obras de engenharia, como canais, dutos e mineração, exigem a construção de uma superfície plana em encostas naturais ou a uma profundidade pré-determinada abaixo do nível do solo.

As encostas são escavadas tão acentuadamente quanto a resistência do solo permite, mantendo condições de estabilidade aceitáveis.

O projeto de taludes é de grande importância na engenharia geológica, pois faz parte da maioria das atividades de construção e mineração.

Na engenharia civil, a altura máxima da inclinação é geralmente de 40 ou 50 metros.

O projeto de taludes estáveis e o projeto de medidas de estabilização para encostas instáveis, os dois principais objetivos da análise de estabilidade de taludes, baseiam-se em estudos geológicos e geotécnicos.

O projeto deve considerar os requisitos específicos em cada caso (curto, médio ou longo prazo, a relação custo-segurança, o nível de risco assumido).

O projeto de taludes é baseado em análises de estabilidade, que incluem cálculos de fator de segurança.

Essas análises fornecem os dados para as medidas corretivas e estabilizadoras a serem adotadas em casos de falha real ou potencial.

É essencial compreender as características geológicas e geomecânicas dos materiais que formam a inclinação, os possíveis modelos e mecanismos de falha e os fatores que condicionam e desencadeiam a instabilidade.

Como regra geral, os seguintes aspectos devem ser considerados para uma escavação:

— Dimensões previstas (comprimento e profundidade do talude).

— Posição do lençol freático e das condições hidrogeológicas e precipitação.

— Tipos de rochas e solos,

estrutura geológica e sismicidade.

— Requisitos do projeto (declives a longo ou curto prazo, condições geométricas, etc.)

Análise de estabilidade

Como você deve imaginar, a análise da estabilidade de taludes é uma área de extrema importância na engenharia geotécnica, pois a movimentação de tais maciços de solo podem acarretar grandes perdas materiais e inclusive de vidas.

Então, existem alguns formas de se realizar essa análise da estabilidade de taludes. De maneira geral, podemos subdividi-la em dois grandes tipos:

• Análise probabilística;

• Análise determinística.

Nesse post, abordaremos a análise determinística, que nada mais é do que determinar um fator de segurança para uma possível superfície de ruptura.

Podemos ainda subdividir a análise determinística em três métodos principais:

• Análise limite: se baseia na Teoria da Elasticidade.

• Tensões: tal método se baseia da determinação das tensões em todos os pontos do talude através de métodos numéricos, geralmente MEF (método dos elementos finitos) ou MEC (método dos elementos de contorno).

• Equilíbrio limite: se baseia em determinar a superfície de ruptura crítica, ou seja, aquela com o menor valor do fator de segurança

Superfície circular ou qualquer forma? A escolha que impacta o fator de segurança

Na análise de estabilidade de taludes pelo método de Equilíbrio Limite (EL), a forma da superfície de ruptura considerada influencia diretamente nos resultados.

1. Métodos com superfície circular (rotacional):

Assumem que a ruptura ocorre por um movimento rotacional ao longo de um arco de círculo;

Simples e eficaz para solos homogêneos e taludes sem reforços;

Ex: Fellenius, Bishop Simplificado

Úteis em muitas aplicações práticas.

2. Métodos com superfície qualquer (não circular ou arbitrária):

Permitem simular geometrias complexas de ruptura;

Essenciais em solos estratificados, presença de estruturas de contenção, fundações ou reforços;

Ex: Morgenstern-Price, Spencer, Janbu Generalizado;

Mais flexíveis e realistas, porém exigem maior capacidade computacional (já amplamente acessível com softwares como Slide2 e Slope/W).

Por que isso importa?

Porque a ruptura não respeita simplificações geométricas. Em muitos casos, assumir uma superfície circular pode superestimar o fator de segurança e comprometer a confiabilidade do projeto.

Hoje, com os recursos computacionais disponíveis, não faz mais sentido restringir-se à superfície circular por comodidade.

E você, ainda usa apenas círculos ou já adota superfícies arbitrárias em seus projetos?

Método do equilíbrio limite

Como dito anteriormente, o método do equilíbrio limite permite a determinação do fator de segurança de uma superfície de ruptura do talude.

De maneira bem simplificada, a análise consiste em determinar, para uma certa superfície de ruptura, a resistência média de cisalhamento do talude e a resistência ao cisalhamento desenvolvida (cisalhamento atuante) nessa superfície de ruptura.

De maneira geral, você perceberá que para fazer a análise de estabilidade de um talude nós precisaremos, resumidamente das características geométricas desse talude e dos dados do solo.

Para utilização de tal método, utilizamos as seguintes hipóteses:

• A superfície de ruptura analisada é bem definida;

• O maciço de solo está em condições de ruptura iminente, ou seja um estado de equilíbrio limite, daí o nome do método;

• Para a determinação das tensões resistentes de cisalhamento, utiliza-se o critério de Mohr-Coulomb;

• Assumimos que o critério de ruptura é o mesmo para toda a superfície de ruptura;

• E, por consequência, o fator de segurança calculado deve ser constante ao longo de toda a superfície de ruptura.

Sei que podem parecer muitas informações, mas fique tranquilo, ao longo do post você entenderá que não é nada muito complicado!

Superfícies de ruptura

No que diz respeito à superfície de ruptura, podemos considerar três geometrias principais para essa superfície: ruptura plana, ruptura circular e ruptura com superfície irregular.

O método de análise mais utilizados para superfícies planas em taludes finitos é o método de Culmann, que inclusive é indicado pela norma NBR 5629.

Onde :

Onde:

• Tr = Tensão Resistente

• c' = coesão efetiva do solo;

• sigma =  tensão normal efetiva;

• ϕ =  ângulo de atrito efetivo do solo;

Então, podemos de maneira análoga, afirmar que:

Onde c'd e t'd  são respectivamente a coesão e o ângulo de atrito mobilizados ao longo da superfície de ruptura.

Logo, podemos chegar a seguinte formulação:

Então, podemos ainda falar em fator de segurança relativo à coesão (FSc) e fator de segurança relativo ao ângulo de atrito (FSϕ), que são basicamente:

Por fim, se você prestar atenção às equações, perceberá que quando

​, temos que elas são iguais ao próprio fator de segurança.

Em relação aos valores do fator de segurança, podemos dizer que:

• FS<1,0: podemos afirmar que o talude está instável.

• FS=1,0: o talude está em equilíbrio limite, na iminência de movimentação;

• FS>1,0: podemos afirmar que para valores superiores a 1,0, o talude é estável.

Na prática são indicados valores de FS>1,5 para elaboração de projetos de taludes estáveis.

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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