UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO

Estudo para Projeto de Estabilizao de uma Encosta do Morro da Glria II, Angra

dos Reis RJ

PEDRO HENRIQUE ALVES FREU

2012

ESTUDO PARA PROJETO DE

ESTABILIZAO DE UMA ENCOSTA DO MORRO DA GLRIA II, ANGRA DOS REIS RJ

Pedro Henrique Alves Freu

Projeto de Graduao apresentado ao Curso de Engenharia Civil da Escola Politcnica, Universidade Federal do Rio de Janeiro, como parte dos requisitos necessrios obteno do ttulo de Engenheiro.

Orientador: Marcos Barreto de Mendona

Rio de Janeiro Setembro de 2012

ESTUDO PARA PROJETO DE ESTABILIZAO DE UMA ENCOSTA DO MORRO DA GLRIA II, ANGRA DOS REIS - RJ

Pedro Henrique Alves Freu

PROJETO DE GRADUAO SUBMETIDO AO CORPO DOCENTE DO CURSO DE ENGENHARIA CIVIL DA ESCOLA POLITCNICA DA UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO COMO PARTE DOS REQUISITOS NECESSRIOS PARA A OBTENO DO GRAU DE ENGENHEIRO CIVIL.

Examinado por:

_______________________________________________

Prof. Marcos Barreto de Mendona, D.Sc.

_______________________________________________

Prof. Jos Martinho de Azevedo Rodrigues

_______________________________________________

Prof. Maurcio Ehrlich, D.Sc.

_______________________________________________

Prof. Andr de Souza Avelar, D.Sc.

RIO DE JANEIRO, RJ BRASIL

SETEMBRO DE 2012

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Freu, Pedro Henrique Alves Estudo para Projeto de Estabilizao de uma

Encosta do Morro da Glria II, Angra dos Reis RJ/ Pedro Henrique Alves Freu. Rio de Janeiro: UFRJ/ Escola Politcnica, [2012].

VII, 102 p. 29,7 cm. Orientador: Marcos Barreto de Mendona Projeto de Graduao UFRJ/ Escola

Politcnica/ Curso de Engenharia Civil, 2012. Referncias Bibliogrficas: p. 100-102. 1. Estabilidade de Taludes, 2. Solos No

Saturados, 3. Suco, 4. Estruturas Ancoradas, 5. Drenagem Superficial.

I. Mendona, Marcos Barreto de. II. Universidade Federal do Rio de Janeiro, Escola Politcnica, Curso de

Engenharia Civil. III. Ttulo.

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Agradecimentos

Primeiramente, agradeo minha famlia pelo apoio, confiana e pacincia durante esse longo caminho percorrido.

Fernanda, que alm de minha namorada a minha melhor amiga, e quem sempre est do meu lado para todas as situaes.

Ao professor e orientador Marcos Barreto, por toda ajuda, pacincia e ensinamentos concedidos.

Ao professor Jos Martinho, pela oportunidade de trabalhar com ele e por compartilhar sua experincia e conhecimento diariamente.

Ao engenheiro Pedro Frana da Defesa Civil de Angra dos Reis, pelo grande apoio dado durante a visita de campo realizada.

A vocs, muito obrigado.

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Resumo do Projeto de Graduao apresentado Escola Politcnica/ UFRJ como parte dos requisitos necessrios para a obteno do grau de Engenheiro Civil.

Estudo para Projeto de Estabilizao de uma Encosta do Morro da Glria II, Angra dos Reis RJ

Pedro Henrique Alves Freu

Setembro/2012

Orientador: Marcos Barreto de Mendona

Curso: Engenharia Civil

Este trabalho apresenta o estudo da estabilidade de uma encosta do Morro da Glria II, localizado na regio central do muncipio de Angra dos Reis, Rio de Janeiro. Aps as intensas chuvas ocorridas no incio do ano de 2010, foi observado um abatimento no referido talude, indicando uma movimentao da massa de solo que constitui a encosta. Diante da expectativa de um nvel dgua profundo, acredita-se que a encosta esteja na condio no saturada e se mantinha estvel devido existncia de uma coeso aparente. O abatimento teria, assim, ocorrido com a perda de suco provocada pela infiltrao de gua no solo durante o perodo chuvoso. O objetivo do presente trabalho propor uma soluo para a estabilizao desta encosta, a partir do estudo das suas condies de estabilidade. Os parmetros de resistncia do solo foram determinados por meio de ensaio de cisalhamento direto com amostras retiradas da encosta. No entanto, como o ensaio de cisalhamento direto foi realizado com os corpos de prova inundados e a encosta se mantm na condio no saturada, acredita-se que o valor medido para a coeso seja muito conservador, no condizente com a situao real da encosta. Para determinao da coeso aparente, foi realizada uma retroanlise considerando um fator de segurana (FS) de aproximadamente 1,1, posto que no ocorreu a ruptura e sim deformaes excessivas. Os valores encontrados para a coeso aparente, atravs da retroanlise, variaram de 8 a 10 kPa. Aps a definio dos parmetros de resistncia do solo, foram avaliadas 3 opes de interveno para estabilizao da encosta atravs de estruturas ancoradas. Associado s obras de estabilizao, foi projetado um sistema de drenagem superficial, visando a minimizao da infiltrao de gua da chuva no solo, e consequentemente, a reduo da suco. As anlises de estabilidade foram feitas atravs do mtodo de Spencer, utilizando o software SLOPE/W.

Palavras-chave: Estabilidade de Taludes, Solos No Saturados, Suco, Cortina Ancorada, Drenagem Superficial.

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Abstract of Undergraduate Project presented to POLI/UFRJ as a partial fulfillment of the requirements for the degree of Civil Engineer.

Slope Stability Analysis of Glria II hill, Angra dos Reis - RJ

Pedro Henrique Alves Freu

September/2012

Advisor: Marcos Barreto de Mendona

Course: Civil Engineering

This paper presents a slope stability analysis of Gloria II hill, located in downtown area of Angra dos Reis, Rio de Janeiro. After heavy rains in early 2010, a land subsidence was observed indicating a movement of the soil that composes the slope. Given the expectation of a deep water table, it is believed that the slope remains in the unsaturated condition and its stability was maintained due to an apparent cohesive strength. Therefore, the land subsidence would have been caused by the loss of suction as a result of rainwater infiltration into the soil. The soil strength parameters were determined through direct shear test using collected samples from the slope. However, since the direct shear test was conducted with submerged samples and the slope remains in the unsaturated condition, it is believed that the cohesion value found is too conservative and not compatible with the actual condition of the slope. In order to determine the apparent cohesion, a back analysis was performed considering a safety factor (FS) of approximately 1,1, since there was no failure but excessive deformations of the ground. The apparent cohesion values found with the back analysis ranged from 8 to 10 kPa. After determining the soil strength parameters, three intervention options using anchored structures were evaluated to stabilize the slope. Associated with the stabilization work, a surface drainage system was designed to reduce the infiltration of rainwater into the soil. The stability analyses were performed with the software SLOPE/W, using Spencers method.

Keywords: Slope Stability, Unsaturated Soils, Suction, Anchored Wall, Surface Drainage.

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NDICE

1. Introduo ................................................................................................................ 1 1.1 Relevncia e Objetivos do Estudo ................................................................................... 2 1.2 Apresentao da Monografia .......................................................................................... 2

2. Reviso Bibliogrfica ............................................................................................... 3 2.1 Movimentos de Massa..................................................................................................... 3

2.1.1 Tipos de Movimentos de Massa ............................................................................. 4 2.2 Fatores de Instabilizao ................................................................................................. 6 2.3 Resistncia ao Cisalhamento dos Solos ........................................................................ 10

2.3.1 Critrios de Ruptura ............................................................................................. 10 2.3.2 Comportamento Mecnico dos Solos No Saturados .......................................... 12

2.3.2.1 Suco .......................................................................................................... 12 2.3.2.2 Resistncia ao Cisalhamento ........................................................................ 13

2.3.3 Determinao dos Parmetros de Resistncia ao Cisalhamento Atravs do Ensaio de Cisalhamento Direto ................................................................................................. 18

2.4 Anlise de Estabilidade ................................................................................................. 20 2.4.1 Mtodo das Fatias................................................................................................. 22

2.4.1.1 Mtodo de Spencer ....................................................................................... 26 2.5 Estabilidade de Taludes de Solos No Saturados .......................................................... 31

2.5.1 Mecanismo de Instabilizao ............................................................................... 32 2.6 Tcnicas de Estabilizao de Taludes ........................................................................... 34

2.6.1 Retaludamento ...................................................................................................... 34 2.6.2 Proteo Superficial ............................................................................................. 35 2.6.3 Estruturas de Conteno ....................................................................................... 36 2.6.4 Sistemas de Drenagem ......................................................................................... 47

3. Caracterizao da rea Estudada ........................................................................ 51 3.1 Localizao e Dados Geogrficos e Geolgicos da Regio .......................................... 51 3.2 Descrio da rea de Estudo ........................................................................................ 52 3.3 Topografia ..................................................................................................................... 58 3.4 Caracterizao Geolgico-geotcnica ........................................................................... 58

4. Ensaios Realizados com Solo do Local ................................................................. 63 4.1 Ensaios de Caracterizao ............................................................................................. 64 4.2 Ensaio de Cisalhamento Direto ..................................................................................... 66

5. Desenvolvimento do Projeto Geotcnico para Estabilizao da Encosta do Morro da Glria II ..................................................................................................... 73

5.1 Diretriz para Elaborao do Projeto .............................................................................. 73 5.2 Anlise de Estabilidade no Morro da Glria II ............................................................. 73 5.3 Definio do Projeto de Estabilizao da Encosta ........................................................ 79

5.3.1 Definio dos Parmetros Geotcnicos ................................................................ 79 5.3.2 Projeto Geotcnicos das Estruturas de Conteno ............................................... 80 5.3.3 Projeto do Sistema de Drenagem Superficial ....................................................... 88

6. Concluses e Consideraes Finais ....................................................................... 98 7. Referncias Bibliogrficas ................................................................................... 100

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1. Introduo

1.1. Relevncia e Objetivos do Estudo

Os movimentos de massa em encostas so fenmenos que fazem parte da dinmica natural de formao e transformao do relevo, agindo como modeladores da superfcie terrestre. No entanto, quando estes fenmenos ocorrem em reas ocupadas pelo homem as consequncias podem ser desastrosas, resultando em mortes e grandes perdas materiais. Por esse motivo, o estudo da estabilidade de encostas possui grande importncia no campo da engenharia civil e da geologia.

O municpio de Angra dos Reis, no sul do estado do Rio de Janeiro, sofre todos os anos com inmeros deslizamentos de encostas, que provocam danos imensurveis e um constante medo na vida da populao. Localizado entre a Serra do Mar e o litoral da Baa da Ilha Grande, o muncipio est inserido no meio fsico, ecolgico e paisagstico mais complexo do Brasil (AbSaber, 2003 apud Assumpo, 2011).

Com ndices pluviomtricos comparados aos da Amaznia (os maiores do pas) encostas ngremes, uma plancie costeira pouco expressiva e a consequente ocupao

das encostas pelo homem, o municpio de Angra dos Reis constitui uma rea bastante suscetvel para a ocorrncia de movimentos de massa (Assumpo, 2011).

Os deslizamentos observados em Angra dos Reis ocorrem, predominantemente, nos perodos de intensa pluviosidade e so deflagrados de duas maneiras: pela elevao do nvel dgua no subsolo, aumentando as poropresses, ou pelo aumento do grau de saturao do solo, reduzindo a suco e, consequentemente, provocando a reduo da resistncia ao cisalhamento.

Este trabalho tem como objetivo analisar a estabilidade de uma encosta, que supe-se se manter na condio no saturada, e propor a interveno necessria para a sua estabilizao. A encosta est situada no Morro da Glria II, no trecho final da Rua Jos Cndido de Oliveira, na regio central de Angra dos Reis, onde est inserida a rea urbana do muncipio. Nesta encosta foi observado um abatimento do terreno e o aparecimento de trincas, indicando movimentao da massa de solo que constitui o talude.

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Durante as anlises de estabilidade foram avaliados os parmetros de resistncia do solo, assim como a influncia do grau de saturao no seu comportamento mecnico. A determinao dos parmetros de resistncia foi feita atravs da anlise dos resultados obtidos por meio de ensaio de cisalhamento direto, realizado pelo Laboratrio de Geotecnia Prof. Jacques de Medina da COPPE/UFRJ, e de retroanlise em uma seo da encosta, utilizando o software de estabilidade SLOPE/W da Geo-Slope International.

Para o projeto das obras de estabilizao seria muito conservativo adotar os parmetros de resistncia resultantes dos ensaios realizados, uma vez que os corpos de prova estavam inundados, enquanto que a superfcie potencial de ruptura encontra-se, supostamente, em uma regio no saturada. Portanto, os parmetros foram definidos considerando a influncia da no saturao e da suco na resistncia ao cisalhamento do solo.

1.2. Apresentao da Monografia

O trabalho est dividido em 6 captulos de acordo com a descrio abaixo:

Captulo 1 - So apresentados os objetivos e a relevncia do estudo.

Captulo 2 - feita uma reviso bibliogrfica sobre movimentos de massa, resistncia ao cisalhamento dos solos, comportamento mecnico dos solos no saturados, mtodos de anlise de estabilidade e tcnicas de estabilizao de taludes.

Captulo 3 - Apresenta-se uma breve descrio da rea estudada, incluindo a caracterizao morfolgica, geolgica e geotcnica.

Captulo 4 - So apresentados a caracterizao do solo e os resultados obtidos com o ensaio de cisalhamento direto.

Captulo 5 - Discorre-se sobre as anlises de estabilidade, assim como as propostas de soluo para estabilizao da encosta.

Captulo 6 - As concluses e consideraes finais do trabalho so apresentadas.

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2. Reviso Bibliogrfica

2.1. Movimentos de Massa

Segundo Hutchinson (1968), os movimentos de massa so processos que envolvem o transporte de matria slida da dinmica superficial da Terra, e que podem ser subdivididos em dois tipos: movimentos gravitacionais de massa, provocados pela acelerao da gravidade, e movimentos de transporte de massa, nos quais ocorre o transporte do material slido por um meio qualquer tal como a gua, gelo ou o ar.

Selby (1990, apud Dias e Herrmann, 2002), por sua vez, definiu movimento de massa como o movimento de solo ou material rochoso encosta abaixo, devido ao da gravidade, sem que fatores como a gua, gelo ou ar, tenham alguma influncia direta nestes processos. A gua e o gelo, no entanto, teriam uma contribuio secundria, reduzindo a resistncia dos materiais e interferindo na plasticidade e fluidez dos solos. Estes processos englobam desde deslocamentos lentos de materiais de encostas pouco inclinadas, at a queda livre de blocos rochosos em vertentes ngremes.

A ocorrncia dos movimentos de massa atribuda a uma complexa relao entre fatores, dos quais destacam-se (Fernandes et al., 2001):

Fatores geomorfolgicos, onde se destaca a morfologia e morfometria da encosta;

Fatores geolgico-geotcnicos, englobando as caractersticas litoestruturais, fraturas subverticais e falhamentos tectnicos;

Fatores hidrolgico-climticos, destacando-se o potencial mtrico, poropresses e umidade do solo;

Fatores pedolgicos, dando-se importncia s propriedades fsicas, morfolgicas e hidrulicas do solo;

Fator humano, onde o homem aparece como um dos principais agentes causadores de deslizamentos, ao provocar a quebra do equilbrio dinmico entre os condicionantes, e acelerar a dinmica dos processos.

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Os movimentos de massa destacam-se como um dos principais processos geomorfolgicos responsveis pela evoluo das encostas e do relevo em geral, sobretudo em reas montanhosas, remobilizando materiais ao longo das encostas em direo s plancies. Juntamente com os processos erosivos, os movimentos de massa promovem o recuo das encostas e a formao de rampas coluviais.

2.1.1. Tipos de Movimentos de Massa

Diversos autores propuseram diferentes sistemas de classificao para os movimentos de massa, sendo o sistema proposto por Varnes (1978), segundo Gerscovich (2012), o mais utilizado internacionalmente. Conforme apresentado na Tabela 2.1, a proposta de Varnes (1978) aplicvel tanto para solos como para rochas.

Tabela 2.1 Classificao dos movimentos de massa proposto por Varnes (1978, apud Geo-Rio, 1999)

Augusto Filho (1992) adaptou a classificao de Varnes (1978), relacionando as caractersticas do movimento de massa com a geometria da encosta e com o tipo de material envolvido, e descreveu de forma simplificada os tipos de movimento de massa mais frequentes no Brasil, sendo quatro os tipos de movimento: rastejo, escorregamentos, quedas e corridas, conforme apresentado na Tabela 2.2.

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Tabela 2.2 - Tipos de movimento de massa mais frequentes no Brasil (Augusto Filho, 1992 apud Geo-Rio, 1999 - modificado)

Quedas

Movimentos tipo queda livre ou em plano inclinado

Velocidades muito altas

Material rochoso

Pequenos a mdios volumes

Geometria varivel: lascas, placas, blocos, etc

Rolamento de mataco

Tombamento

Escorregamentos

Poucos planos de deslocamento

Velocidades mdias a altas

Pequenos e grandes volumes de material

Geometria e materiais variveis

Planares solos pouco espessos, solos e rochas com um plano de fraqueza

Circulares solos espessos homogneos e rochas muito fraturadas

Em cunha solos e rochas com dois planos de fraqueza

Rastejo ou Fluncia

Velocidades muito baixas (cm/ano) a baixas e descrescentes com a profundidade

Caractersticas do movimento, material e geometria

Movimentos constantes, sazonais ou intermitentes

Geometria indefinida

Solo, rocha alterada/fraturada

Processos

Corridas

Movimento semelhante ao de um lquido viscoso

Desenvolvimento ao longo das drenagens

Velocidades mdias a altas

Mobilizao de solo, rocha, detritos e gua

Grandes volumes de material

Extenso alcance, mesmo em reas planas

A seguir ser feita uma descrio sucinta de cada tipo de movimento de massa.

a) Rastejos

Rastejos so movimentos lentos e contnuos, onde no h uma superfcie de ruptura bem definida. Os rastejos podem envolver grandes reas, sem que haja uma diferenciao clara entre a massa de solo em movimento e a regio estvel (Gerscovich, 2012).

Terzaghi (1950, apud Suzuki, 2004), definiu dois tipos de rastejos: rastejos sazonais e contnuos. Os rastejos sazonais so provocados por variaes de temperatura e umidade, apresentando movimentos variveis ao longo das estaes do ano, com concentrao nas estaes chuvosas. Os rastejos contnuos so causados pela ao da gravidade e apresentam movimentos praticamente constantes ao longo do tempo.

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A ocorrncia de rastejos pode ser identificada atravs da observao de indcios indiretos como o encurvamento de arvores, postes e cercas, deslocamento do eixo de estradas, trincas no solo e em pavimentos, alm do embarrigamento de muros de arrimo.

b) Escorregamentos

Fernandes e Amaral (2003) definiram os escorregamentos como movimentos rpidos de curta durao e com plano de ruptura bem definido, sendo possvel a diferenciao entre o material deslizado e o material estvel. Esse material pode ser constitudo por solos, colvios, rochas, detritos e at mesmo lixo domstico. Os escorregamentos podem ser subdivididos em dois grupos de acordo com o plano de ruptura: escorregamentos translacionais e escorregamentos rotacionais.

Os escorregamentos translacionais apresentam superfcie de ruptura planar, ocorrendo ao longo de planos de estratificao, falhas, fraturas ou ao longo de contatos entre rocha, solo, saprolito e colvio, aproximadamente paralelos superfcie do talude. Tais movimentos costumam ser compridos e rasos, estando normalmente associados a uma dinmica hidrolgica mais superficial, onde um aumento excessivo da poropresso provoca instabilidade.

Nos escorregamentos rotacionais parte do material que forma o talude sofre deslizamento, apresentando uma superfcie de ruptura bem definida e de forma cncava. A ocorrncia de tais movimentos facilitada pela presena de mantos de alterao espessos e homogneos, e est associada, em geral, percolao de gua em profundidade. Apresentam como feies tpicas: escarpas de topo, fendas transversais na massa escorregada e uma lngua de material na base da encosta.

c) Corridas

As corridas so movimentos rpidos associados concentrao dos fluxos de gua superficiais em um determinado ponto da encosta. O material envolvido geralmente transportado ao longo de canais de drenagem, comportando-se como um fluido altamente viscoso. Uma corrida pode ser provocada por pequenos escorregamentos que se deslocam em direo aos cursos dgua, tornando-se difcil a distino entre os dois tipos de movimento (Dias e Herrmann, 2002).

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As corridas so classificadas de acordo com as caractersticas do material envolvido, da quantidade de gua e da velocidade de deslocamento da massa:

Corrida de lama/solo, na qual o material slido predominante o solo;

Corrida de detritos, que envolve uma mistura de vrios tipos de materiais, como: solos, fragmentos de rochas, restos vegetais e outros.

d) Quedas

Os movimentos de blocos rochosos ou lascas de rochas (quedas) so caracterizados por movimentos rpidos pela ao da gravidade, sem a presena de uma superfcie de deslizamento, na forma de queda livre. Segundo Infanti Jr e Fornasari Filho (1998), ocorrem nas encostas ngremes de paredes rochosos e contribuem decisivamente para formao dos corpos de tlus, sendo classificadas em diversos tipos:

Queda de blocos, em que o material rochoso, que pode ser de volume e litologia variados, se destaca do talude ou de uma encosta ngreme em movimento de queda livre;

Tombamento de blocos, onde devido a condicionantes geolgicos, falhas ou juntas com mergulho desfavorvel estabilidade, ocorre a rotao do bloco rochoso;

Rolamento de blocos, onde ocorre o movimento do bloco rochoso ao longo de uma superfcie inclinada. Esses blocos encontram-se geralmente imersos em matriz terrosa, e destacam-se do talude devido perda de apoio;

Desplacamento, que consiste no desprendimento de lascas ou placas de rocha devido s variaes trmicas, ou por alvio de tenses. O desprendimento pode se dar por deslizamento em uma superfcie inclinada ou em queda livre.

2.2. Fatores de Instabilizao de Taludes

Guidicini e Nieble (1984) definiram os fatores instabilizantes como causas e agentes, sendo a causa o modo de atuao de um determinado agente. Terzaghi (1950 apud Guidicini e Nieble, 1984) separou as causas de instabilidade em trs categorias:

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Causas internas, que levam ao colapso sem que se verifique qualquer mudana na geometria do talude e resultam de uma diminuio da resistncia interna do material (aumento da poropresso, diminuio de coeso e ngulo de atrito interno por processo de alterao);

Causas externas, que provocam um aumento das tenses de cisalhamento, sem que haja diminuio da resistncia do material (aumento do declive do talude por processos naturais ou artificiais, deposio de material na poro superior do talude, abalos ssmicos e vibraes);

Causas intermedirias, que resultam de efeitos causados por agentes externos no interior do talude (liquefao, eroso interna - piping).

Dentre as causas internas e intermedirias destacam-se:

O efeito de oscilaes trmicas, provocando variaes volumtricas em massas rochosas, o que leva ao destaque de blocos;

A diminuio dos parmetros de resistncia por intemperismo: enfraquecimento gradual do solo pela remoo dos elementos solveis constituintes dos minerais;

Elevao do nvel piezomtrico em massas homogneas: aumento da presso da gua, que ocorre principalmente por elevada pluviosidade;

Elevao da coluna dgua em descontinuidades: ocorre em blocos rochosos, de baixa permeabilidade, separados por juntas ou planos de fraqueza;

Dentre as causas externas destacam-se:

Mudanas na geometria do sistema: acrscimo de massa na parte superior (sobrecarga) e extrao de massa na parte inferior (corte);

Efeitos de vibraes: terremotos, ondas, exploses, cravao de estacas, trfego pesado, operao de mquinas pesadas;

Mudanas naturais na inclinao das encostas atravs de processos orogenticos.

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Os agentes foram divididos por Guidicini e Nieble (1984) em duas categorias:

Agentes predisponentes, em funo apenas das condies naturais (geolgicas, geomtricas e ambientais). So exemplos de tais agentes: os complexos geomorfolgicos, climticos, hidrolgicos e a gravidade;

Agentes efetivos, que so aqueles diretamente responsveis pelos movimentos de massa, como a ao do homem, a eroso, a ocorrncia de chuva intensa, etc.

De acordo com Varnes (1978, apud Guidicini e Nieble, 1984), os agentes podero atuar de duas maneiras distintas: reduzindo a resistncia ao cisalhamento ou aumentando as tenses cisalhantes atuantes no talude, conforme apresentado na Tabela 2.3.

Tabela 2.3 - Fatores causadores dos movimentos de massa (Varnes, 1978 apud Guidicini e Nieble, 1984)

Segundo Barata (1969, apud Suzuki, 2004), a maioria dos deslizamentos de encostas no Rio de Janeiro ocorre durante ou no final da estao chuvosa, sendo os eventos pluviomtricos a sua principal causa.

Em regies de clima tropical, a gua aparece como principal agente condicionante de processos de instabilidade de encostas, atuando desde a formao dos solos atravs do intemperismo at a diminuio de sua resistncia. Essa reduo da resistncia do solo

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pode ocorrer devido ao aumento de poropresso com a elevao do nvel dgua, ou devido ao aumento do grau de saturao, provocando reduo da suco.

O deslizamento devido reduo da suco comumente observado em encostas de solos residuais no saturados em regies tropicais. Os elevados ndices pluviomtricos fazem com que os taludes sejam submetidos infiltrao da gua proveniente de precipitaes, provocando o aumento do seu grau de saturao e, consequentemente, a reduo da suco. Esse efeito provoca uma reduo da coeso aparente que atua na superfcie de ruptura, reduzindo a resistncia ao cisalhamento do solo, podendo levar a encosta ruptura.

2.3. Resistncia ao Cisalhamento dos Solos

A ruptura dos solos, exemplificada pelo escorregamento de um talude, ocorre normalmente devido a esforos de cisalhamento. A resistncia ao cisalhamento de um solo definida como a mxima tenso cisalhante que o solo pode suportar sem que sofra ruptura ou, ainda, como a tenso cisalhante do solo no plano em que ocorre a ruptura.

O cisalhamento ocorre devido ao deslizamento entre as partculas do solo, sendo os principais fatores que permitem um menor ou maior deslizamento, o ngulo de atrito entre as partculas, a coeso e o histrico de tenses.

2.3.1. Critrios de Ruptura

Os critrios de ruptura so formulaes que tm como objetivo representar o comportamento do solo at a sua ruptura. O critrio que melhor representa esse comportamento o de Mohr-Coulomb, que toma por base o estado de tenses do solo. Atravs deste critrio, no ocorre ruptura enquanto o crculo de Mohr, que representa o estado de tenses, se encontrar no interior de uma curva, que a envoltria dos crculos relativos a estados de ruptura, observados experimentalmente para o material.

A envoltria curva pode ser ajustada para uma reta, a reta de resistncia de Coulomb, definida pela seguinte expresso (Figura 2.1):

= c+ tan (2.1)

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- Resistncia ao cisalhamento do solo

- Tenso normal total

c e - Coeso e ngulo de atrito de Mohr-Coulomb em termos de tenses totais

A resistncia ao cisalhamento do solo () tambm pode ser expressa em termos de tenses efetivas:

= c'+ ' tan ' (2.2)

= - uw - Tenso efetiva

uw Poropresso

c e - Coeso e ngulo de atrito de Mohr-Coulomb em termos de tenses efetivas

A deciso se a anlise de tenses ser feita em termos de tenses totais ou tenses efetivas depende unicamente do conhecimento (ou no) dos valores de poropresso em campo, devendo os resultados encontrados em ambas as anlises serem iguais.

No entanto, devido ao fato de que a resistncia de um solo s pode ser oferecida pelo seu esqueleto de partculas slidas, costuma-se expressar a resistncia ao

cisalhamento em funo da tenso efetiva ().

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Figura 2.1 Critrio de ruptura de Mohr-Coulomb (Craig, 2007)

2.3.2. Comportamento Mecnico dos Solos No Saturados

2.3.2.1. Suco

Os solos no saturados so compostos por trs fases distintas: fase slida, constituda pelas partculas minerais, fase lquida, em geral a gua, e por uma fase gasosa, o ar. Segundo Soares (2005), Fredlund e Morgenstern (1977) propuseram a introduo de uma quarta fase no solo no saturado, referente interface gua-ar, conhecida como membrana contrctil (Figura 2.2).

Figura 2.2 - Fases do solo no saturado (Fredlund e Rahardjo, 1993 - modificado)

Detalhe do menisco capilar e partculas slidas

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A membrana na interface gua-ar possui um comportamento elstico, devido existncia de uma tenso superficial constante e caracterstica da interface de qualquer lquido-gs, apresentando uma curvatura. Essa curvatura indica que as presses nos dois fluidos so diferentes, sendo a presso no ar (ua) maior que a presso na gua (uw), ou seja, a gua est com uma presso negativa. A essa poropresso negativa d-se o nome de suco (Gerscovich, 2012).

Segundo Marinho (1997), a suco normalmente dividida em duas parcelas: a parcela mtrica (ou matricial) e a parcela osmtica. A parcela mtrica est relacionada com a matriz do solo, ou seja, a combinao do tipo de partcula e arranjo estrutural. J a parcela osmtica est relacionada composio qumica da gua presente nos vazios do solo. A suco total dada pela soma da suco mtrica com a suco osmtica.

A suco mtrica em um solo no saturado, dada pela diferena entre a presso de ar (ua) e a presso de gua (uw), definida como a presso negativa da gua intersticial devido aos efeitos de capilaridade e s foras de adsoro. A suco osmtica definida como a suco relacionada presso parcial do vapor dgua em equilbrio com a gua livre (Soares, 2005).

De acordo com Blight (1983, apud Soares, 2005), a suco osmtica estaria associada ocorrncia de diferenas de concentrao de solutos no solo, no contribuindo, entretanto, significativamente para a resistncia ao cisalhamento.

Segundo Campos (1984), diversos autores (Fredlund, 1979; Alonso et al., 1987; Edil et al., 1981) acreditam que a suco mtrica o parmetro mais importante, e talvez suficiente, para a anlise do comportamento mecnico dos solos no saturados. Alm disso, os solos residuais tropicais brasileiros apresentam pouca ou nenhuma salinidade, desprezando-se assim a influncia da suco osmtica na resistncia ao cisalhamento dos solos no saturados.

2.3.2.2. Resistncia ao Cisalhamento

Nos solos saturados, o comportamento da resistncia ao cisalhamento descrito pelo

conceito de tenso efetiva ( = - uw) proposto por Terzaghi em 1936. Entretanto, para os solos no saturados no se pode aplicar a expresso de Terzaghi (1936), uma

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vez que alm da presso da gua (uw), existe tambm a presso do ar (ua) atuando nos vazios do solo.

Diversos autores tentaram estender o conceito de tenso efetiva para os solos no saturados, propondo diferentes expresses, conforme apresentado na Tabela 2.4.

Tabela 2.4 - Principais expresses propostas para a tenso efetiva em solos no saturados (Soares, 2005)

Bishop et al. (1960 apud Soares, 2005), baseando-se no conceito de tenses efetivas proposto por Bishop (1959) e considerando o Critrio de Ruptura de Mohr-Coulomb, apresentou a seguinte expresso para a resistncia ao cisalhamento de solos no saturados:

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= c'+ ua( ) tan '+ (ua uw) tan ' (2.3)

- Resistncia ao cisalhamento do solo no saturado

c e - Coeso e ngulo de atrito de Mohr-Coulomb (em termos de tenses efetivas)

( - ua) - Tenso normal lquida

(ua - uw) - Suco mtrica

ua - Presso do ar

uw - Poropresso

- Parmetro em funo do grau de saturao

O parmetro varia de 0 a 1, de acordo com o grau de saturao do solo, sendo igual a 1 para um solo totalmente saturado e igual a 0 para um solo totalmente seco.

Essa expresso perdeu uso ao longo do tempo, devido a grande variao na

determinao do parmetro , altamente dependente da trajetria de tenses e, consequentemente, dos ciclos de secagem e umedecimento (Aitchison, 1967 apud Campos, 1984)

Devido ao fato da maioria das expresses propostas para a tenso efetiva dos solos no saturados utilizarem algum parmetro do solo de difcil determinao, Fredlund e Morgenstern (1977, apud Soares, 2005), apresentaram uma anlise terica de tenses, baseando-se na mecnica de multifases contnuas, buscando contornar esta dificuldade. Eles concluram que, devido ao fato de serem independentes, existem trs combinaes possveis de quaisquer duas das trs variveis de tenso, que poderiam ser utilizadas para descrever o estado de tenses de um solo no saturado, sendo elas:

( - ua) e (ua - uw); ( - uw) e (ua - uw); e ( - ua) e ( - uw).

Fredlund et al. (1978) incorporou duas dessas variveis independentes de tenso para a avaliao do comportamento mecnico dos solos no saturados: a tenso normal

lquida ( - ua) e a suco mtrica (ua - uw), propondo a seguinte expresso para a resistncia ao cisalhamento:

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= c'+ ua( ) tan '+ ua uw( ) tan b (2.4)

b - Parmetro que quantifica um aumento na resistncia devido suco mtrica

Apesar de conceitualmente diferentes, as expresses propostas por Bischop et al. (1960) e Fredlund et al. (1978) so equivalentes:

tan b = tan ' (2.5)

A determinao de b , na prtica, experimentalmente mais fcil do que a determinao de , sendo assim a expresso de Fredlund et al. (1978) mais difundida para avaliao da resistncia ao cisalhamento dos solos no saturados (Soares, 2005).

A expresso de Fredlund et al. (1978) pode ser reescrita como:

= c+ ua( ) tan ' (2.6) c = c'+ ua uw( ) tan b (2.7)

c - coeso aparente do solo devido ao acrscimo de suco mtrica

A expresso proposta por Fredlund et al. (1978) pode ser visualizada em um grfico tridimensional (Figura 2.3), onde so plotados os valores de no eixo das ordenadas e as duas variveis de valores independentes, suco mtrica e tenso normal lquida, no eixo das abcissas. Determinando-se, assim, uma envoltria de Mohr-Coulomb adaptada para solos no saturados.

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Figura 2.3 - Representao da envoltria de resistncia para solos no saturados (Fredlund e Rahardjo, 1993)

Nas Figuras 2.4 e 2.5 esto apresentadas as projees horizontais da envoltria na origem dos planos x (ua - uw) e x ( - ua), onde so mostradas a influncia da suco mtrica e da tenso normal lquida na resistncia ao cisalhamento dos solos

no saturados. Foram assumidos valores constantes para e b.

Figura 2.4 - Projeo da envoltria no plano x (ua - uw) (Fredlund e Rahardjo, 1993)

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Figura 2.5 - Projeo da envoltria no plano x ( - ua) (Fredlund e Rahardjo, 1993)

2.3.3. Determinao dos Parmetros de Resistncia ao Cisalhamento Atravs do Ensaio de Cisalhamento Direto

Existem diversos mtodos para a determinao da resistncia ao cisalhamento do solo, sendo o ensaio de cisalhamento direto o mais antigo dentre eles e, ainda hoje, um dos mais empregados.

Baseando-se diretamente no critrio de Coulomb, no ensaio de cisalhamento direto aplica-se uma tenso normal em um plano de um corpo de prova do solo e verifica-se a tenso cisalhante que provoca a ruptura neste plano.

O ensaio de cisalhamento direto apresenta como principais vantagens: a praticidade e baixo custo de operao, facilidade de moldagem dos corpos de prova, alm da possibilidade de ser realizado em grandes dimenses (Pinto, 2000). No entanto, a anlise do estado de tenses durante o carregamento bastante complexa, sendo as tenses conhecidas apenas no plano de cisalhamento.

Para a realizao do ensaio, coloca-se um corpo de prova em uma caixa metlica bipartida (caixa de cisalhamento), com a sua metade superior dentro de um anel. Uma fora normal ao plano (N) inicialmente aplicada, e depois uma fora tangencial (T) aplicada no anel que contm a parte superior do corpo de prova, provocando o seu deslocamento (Figura 2.6).

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Figura 2.6 - Caixa de cisalhamento (Pinto, 2000)

Dividindo-se a fora normal e a fora tangencial pela rea da seo transversal do

corpo de prova, obtm-se a tenso normal () e a tenso cisalhante (), respectivamente, que esto atuando. Deve-se atentar, entretanto, para a correo da rea da seo transversal no clculo das tenses, uma vez que ocorre deslocamento horizontal durante o ensaio.

Aps a realizao do ensaio, traa-se um grfico tenso cisalhante () x deslocamento horizontal, onde possvel a identificao da tenso cisalhante mxima de ruptura

(rup) e a tenso cisalhante residual (res), ainda presente no corpo de prova aps o pico. Ressalta-se, entretanto, que nem sempre observado um pico na curva do grfico, fazendo com que a tenso cisalhante se mantenha num patamar mximo mesmo aps a ruptura. Registra-se ainda, o deslocamento vertical do corpo de prova durante o ensaio, verificando se houve aumento ou diminuio de volume.

Realizando-se o ensaio para vrios valores de tenso normal (), possvel traar um grfico tenso cisalhante () x tenso normal (), obtendo-se assim a envoltria de resistncia do solo, e assim, os parmetros geotcnicos coeso (c) e ngulo de atrito interno ().

O ensaio de cisalhamento direto realizado sem restrio de drenagem, devendo ser executado lentamente para impedir a gerao de poropresses na amostra. A relao entre altura e o dimetro ou largura do corpo de prova deve ser pequena, possibilitando uma completa drenagem em menores espaos de tempo.

Vale ressaltar que, de acordo com Campos (1984), os parmetros de resistncia encontrados atravs do ensaio de cisalhamento direto realizado em amostras de solos residuais no saturados, no representam a envoltria de resistncia real, uma vez que

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no considera a influncia da suco na coeso total do solo, sendo esse valor diferente para cada tenso normal. Conforme a tenso normal aplicada, ocorre uma reduo do ndice de vazios do solo, aumentando o seu grau de saturao e reduzindo o valor da suco.

A influncia do grau de saturao na resistncia ao cisalhamento pode ser observada, segundo Lumb (1975, apud Campos, 1984), atravs da variao da coeso aparente do solo causada pela variao da suco com o grau de saturao. O grau de saturao, no entanto, tem pouca influncia sobre o ngulo de atrito do solo, que permanece aparentemente constante.

2.4. Anlise de Estabilidade

A condio de estabilidade da encosta de um talude definida atravs de um fator de segurana (FS), definido como a razo entre a resistncia ao cisalhamento do solo e as tenses cisalhantes que nele atuam:

FS= m

(2.8)

- Resistncia ao cisalhamento do solo

m - Tenso cisalhante atuante

Um movimento de massa em uma encosta ocorre quando as tenses cisalhantes atuantes se igualam ou excedem a resistncia ao cisalhamento em uma determinada

superfcie, provocando a ruptura do solo. Quando a resistncia ao cisalhamento () maior do que as tenses cisalhantes atuantes (m), apenas uma parcela da resistncia do solo mobilizada.

Portanto, valores de FS maiores que 1 indicam a estabilidade da encosta, ou seja, que as tenses cisalhantes atuantes (m) so inferiores resistncia ao cisalhamento do solo () (Figura 2.7a). Valores iguais ou muito prximos de 1 indicam condies limites de estabilidade, ou seja, iminncia de ruptura (Figura 2.7b). Valores inferiores a 1 indicam instabilidade da encosta (Figura 2.7c), porm tais valores so fisicamente

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impossveis de serem encontrados, j que ao ser atingido um valor de FS menor que 1, a ruptura ocorre, sendo as condies da encosta do talude alteradas.

Figura 2.7 - Envoltria de Mohr-Coulomb e fatores de segurana (Adaptado de Santos, 2004)

Existem diversos mtodos para se analisar a estabilidade da encosta de um talude, sendo uma grande parte deles baseados na teoria do Equilbrio-Limite.

Na teoria do Equilbrio-Limite so consideradas as seguintes hipteses bsicas:

A superfcie de ruptura bem definida;

As equaes de equilbrio esttico so vlidas at a iminncia de ruptura;

O critrio de ruptura de Mohr-Coulomb satisfeito ao longo de toda superfcie de ruptura;

O fator de segurana (FS) ao longo de toda a superfcie potencial de ruptura nico.

A tenso cisalhante resultante calculada a partir do equilbrio as foras que atuam na encosta, sendo tais foras conhecidas atravs da geometria da encosta, propriedades do solo constituinte, alm de possveis sobrecargas.

Dentre os mtodos baseados na teoria do Equilbrio-Limite, o mais utilizado o Mtodo das Fatias, desenvolvido em 1916 na Sucia, a partir de um grande escorregamento ocorrido no cais de Stigberg, na cidade de Gotemburgo, onde foi constatado que a massa de solo instabilizada era constituda por superfcies de ruptura aproximadamente circulares, e que a massa de solo se fragmentava em fatias ou lamelas de faces verticais (Massad, 2003).

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2.4.1. Mtodo das Fatias

No Mtodo das Fatias, a regio de solo delimitada pela superfcie potencial de ruptura dividida em n fatias verticais (Figura 2.8) e a anlise das condies de equilbrio realizada em cada fatia isoladamente, sendo depois extrapolada para a massa como um todo.

Figura 2.8 - Mtodo das Fatias (Gerscovich, 2012)

Aps isolar-se uma fatia qualquer (Figura 2.9), explicitando o seu peso e as foras resultantes que nela atuam, torna-se possvel escrever as equaes de equilbrio que sero usadas para obteno do fator de segurana (FS).

Figura 2.9 Fatia qualquer isolada (Gerscovich, 2012)

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b - Largura da fatia

l - Comprimento da base da fatia

- ngulo de inclinao da base da fatia

W - Peso total da fatia

En - Resultante das foras normais atuando na face esquerda da fatia

En+1 - Resultante das foras normais atuando na face direita da fatia

Xn - Resultante das foras cisalhantes atuando na face esquerda da fatia

Xn+1 - Resultante das foras cisalhantes atuando na face direita da fatia

S - Resultante da resistncia ao cisalhamento mobilizada na base da fatia

N - Resultante das foras normais base da fatia

u - Poropresso no centro da base da fatia

c - Coeso do solo em termos de tenses efetivas

- ngulo de atrito interno do solo em termos de tenses efetivas

Peso especfico do solo

Onde:

W = bh (2.9)

S= m l (2.10)

N = N '+U = ' l + u l (2.11)

Na Tabela 2.5a e Tabela 2.5b esto apresentadas as incgnitas e as equaes envolvidas na anlise, sendo o n o nmero de fatias.

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Tabela 2.5a Lista de incgnitas

Incgnitas Tipo de varivel

n Fora normal base da fatia - N

n Ponto de aplicao de N

n-1 Resultante das foras normais atuantes na face de cada fatia - E

n-1 Ponto de aplicao de E

n-1 Resultante das foras cisalhantes atuantes na face de cada fatia - X

1 Fator de Segurana - FS

5n-2 Total de variveis

Tabela 2.5b Lista de equaes

Incgnitas Tipo de equao

n Equilbrio de momentos

n Equilbrio de foras verticais

n Equilbrio de foras horizontais

3n Total de equaes

Verifica-se que o nmero de incgnitas (5n-2) maior que o nmero de equaes (3n), ou seja, trata-se de um problema estaticamente indeterminado.

Para resolver o problema da hiperestaticidade, o mtodo das fatias foi reformulado ao longo do tempo por diversos autores, que introduziram diferentes hipteses simplificadoras para reduzir o nmero de incgnitas, dando origem a novos mtodos de analise de estabilidade.

Tais mtodos se subdividem em dois grupos:

Mtodos rigorosos - satisfazem integralmente s 3 equaes de equilbrio, fornecendo resultados teoricamente mais confiveis;

Mtodos no rigorosos - no satisfazem integralmente s 3 equaes de equilbrio.

A Tabela 2.6 apresenta alguns dos principais mtodos das fatias propostos na literatura, bem como suas principais caractersticas:

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Tabela 2.6 Principais mtodos de anlise de estabilidade de taludes (Gerscovich, 2009)

Nos dias de hoje, as anlises de estabilidade de encostas so feitas com o auxilio de softwares de estabilidade, que alm de apresentarem uma maior rapidez nos clculos, so capazes de dividir a massa de solo em um nmero de fatias bastante elevado, obtendo-se uma maior preciso nos resultados.

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Dados como a geometria do problema e parmetros do solo (peso especfico, coeso, ngulo de atrito interno) e posio do lenol fretico so inseridos no programa, assim como o nmero n de fatias em que se deseja dividir a massa de solo e o mtodo de anlise a ser utilizado. Com os dados inseridos pelo usurio, o programa realiza diversas iteraes, fornecendo a potencial superfcie de ruptura com o menor fator de segurana (FS).

No presente trabalho, as anlises de estabilidade foram feitas com o software SLOPE/W, utilizando o Mtodo de Spencer.

2.4.1.1. Mtodo de Spencer

O Mtodo de Spencer (Figura 2.10) foi desenvolvido originalmente em 1967 para superfcies de ruptura circulares, sendo posteriormente adaptado para outras superfcies no circulares. Trata-se de um mtodo rigoroso, que satisfaz s 3 equaes de equilbrio esttico.

Figura 2.10 - Mtodo de Spencer (Gerscovich, 2012)

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H - Altura do talude

b - Largura da fatia

h - Altura mdia da fatia

l - Comprimento da base da fatia

- ngulo de inclinao da base da fatia

W - Peso total da fatia

Zn - Resultante das foras atuando na face esquerda da fatia

Zn+1 - Resultante das foras atuando na face direita da fatia

Q - Resultante das foras atuando nas faces da fatia

- ngulo de inclinao da resultante das foras atuando nas faces da fatia

S - Resultante da resistncia ao cisalhamento mobilizada na base da fatia

N - Resultante das foras normais base da fatia

u - Poropresso no centro da base da fatia

c - Coeso do solo em termos de tenses efetivas

- ngulo de atrito interno do solo em termos de tenses efetivas

Peso especfico do solo

Para aplicao do Mtodo de Spencer so feitas as seguintes consideraes (Gerscovich, 2012):

O mtodo admite a existncia de trincas de trao;

As foras normais (E) e cisalhantes (X) entre fatias so representadas por suas resultantes (Zn e Zn+1), cuja soma dada pela fora (Q) de inclinao () constante;

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A fora resultante (Q) definida em termos de tenses totais, incorporando a parcela efetiva e a poropresso atuante na face da fatia;

Assumindo que a inclinao () da fora resultante (Q) constante, estabelece-se que:

tan = X1E1

=X2E2

= ... =XnEn

O ponto de aplicao da fora resultante (Q) o ponto mdio da base da fatia, assim como W, N e S.

A fora resultante (Q) depende das caractersticas geomtricas e dos parmetros geotcnicos de cada fatia, assim como do valor adotado para a sua inclinao (). Ela calculada a partir das equaes de equilbrio nas direes paralelas e normais base da fatia:

N W cos( ) + Qsin ( ) = 0 (2.12) SW sin( ) + Q cos ( ) = 0 (2.13)

Manipulando as equaes (2.12) e (2.13) juntamente com a expresso definida anteriormente para o fator de segurana (FS), e considerando as hipteses adotadas pelo mtodo, obtm-se a seguinte expresso para a fora resultante (Q):

( )( ) ( )

+

+

=

tan'tan1cos

sinseccos'tansec'

FS

WbuWFSFS

bc

Q (2.14)

Como:

W = bh (2.15)

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considerando uma distribuio homognea da poropresso e uma razo de poropresso (ru) constante em todo o talude, dada pela expresso:

ru =u

h (2.16)

A equao (2.14) pode ser reescrita:

( )( ) ( )

+

++

=

tan

'tan1coscos

2sin21

cos221'tan21'

FS

Hh

rFSH

hHFS

c

bHQu

(2.17)

Para que haja o equilbrio global, o somatrio de foras entre fatias nas direes vertical e horizontal deve ser nulo, ou seja:

Q cos( ) = 0 (2.18) Q sin( ) = 0 (2.19)

Considerando a hiptese adotada por Spencer (1967) de que o valor da inclinao () da fora resultante (Q) constante para todas as fatias, o equilbrio de foras gera a seguinte igualdade:

Q cos( ) = Q sin( ) = Q = 0 (2.20)

Considerando nulo o somatrio de momentos das foras externas em relao ao centro da superfcie de ruptura circular (o), assume-se que o somatrio de momentos das foras internas tambm seja nulo, obtendo-se:

Q cos ( ) R= 0 (2.21)

Sendo o raio da superfcie circular (R) constante e diferente de 0:

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Q cos ( ) = 0 (2.22)

Assim, o problema fica bastante simplificado, com 2 equaes, sendo uma em relao s foras e outra em relao aos momentos, e 2 incgnitas: o fator de segurana (FS) e o ngulo de inclinao ().

O processo de clculo pelo Mtodo de Spencer descrito a seguir:

Define-se uma superfcie potencial de ruptura que ser dividida em fatias, cuja as alturas mdias (h), larguras (b) e inclinaes da base () podem ser determinadas graficamente;

Arbitram-se valores para o ngulo de inclinao ();

Para cada valor de arbitrado, determina-se um fator de segurana (FS) para o equilbrio de foras (FSf) e equilbrio de momentos (FSm);

Com os diversos valores encontrados para os fatores de segurana (FSf e FSm), constri-se um grfico com as curvas FSf x e FSm x , conforme apresentado na Figura 2.11. O fator de segurana final (FS) dado pelo ponto de interseo entre as duas curvas, satisfazendo ambas as equaes de equilbrio;

Para determinao das foras resultantes entre as fatias (Q), substituem-se os valores de FS e na equao (2.17), sendo o seu ponto de aplicao determinado atravs de somatrio de momentos em relao ao ponto mdio da base de cada fatia.

Devido a necessidade de se atender a todas as condies de equilbrio para todas as fatias, o clculo pelo Mtodo de Spencer se torna bastante complexo, alm de repetido inmeras vezes, sendo impraticvel a sua realizao sem o auxilio de uma ferramenta computacional.

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Figura 2.11 Determinao do fator de segurana (FS) (Spencer, 1967)

2.5. Estabilidade de Taludes de Solos Residuais No Saturados

Nos escorregamentos em solos residuais no saturados, muitas vezes o lenol fretico se encontra muito profundo, ou seja, abaixo da superfcie de ruptura. Portanto, o mecanismo de escorregamento no pode ser relacionado ao aparecimento de poropresses positivas, que diminuiriam a tenso efetiva do solo e, consequentemente, sua resistncia ao cisalhamento (Campos, 1984).

Ainda segundo Campos (1984), diversos autores realizaram estudos e se aprofundaram neste assunto, dentre os quais pode-se citar Morgenstern e Matos (1975) e Lumb (1975). Estes autores mostraram que em muitos taludes de solo residual, a instabilidade poderia ocorrer apenas pela infiltrao da gua no terreno, causando uma perda de suco e provocando uma reduo da resistncia ao cisalhamento do solo, no necessitando gerar poropresses positivas. Neste caso, o fluxo de gua definido pela infiltrao, e o escorregamento ocorre ao longo da superfcie definida pela frente de saturao.

Lumb (1975, apud Campos, 1984) analisou os escorregamentos ocorridos em solos residuais em Hong Kong, observando que a causa principal da ruptura era a infiltrao direta da gua da chuva, produzindo uma perda da coeso aparente causada pela saturao do solo.

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Ignacius (1991, apud Soares, 2005), apresentou um estudo em que exemplifica a reduo do fator de segurana (FS) em funo da reduo da suco. A Figura 2.12 apresenta os resultados obtidos por ele em anlises de estabilidade de taludes em solos no saturados da Serra do Mar, na regio de Cubato, So Paulo.

Figura 2.12 Variao do fator de segurana (FS) em funo da suco, em uma encosta de solo no saturado (Ignacius, 1991, apud Soares, 2005)

2.5.1. Mecanismo de Instabilizao

Antes do perodo de chuvas, os taludes de solos residuais encontram-se estveis e no saturados, o que provoca o aparecimento de uma poropresso negativa (suco), que pode ser interpretada como um aumento da coeso aparente do solo. Essa coeso aparente , muitas vezes, o fator condicionante para a estabilidade do talude (Fredlund et al., 1978, apud Campos, 2004).

A relao entre o teor de umidade volumtrica do solo (), dada pela razo entre o volume de gua em uma amostra de solo e o volume total da amostra, e a suco chamada curva caracterstica, e est apresentada na Figura 2.13.

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Figura 2.13 Curva caracterstica tpica de um solo (Adaptado de Fredlund e Rahardjo, 1993)

Os solos no saturados apresentam uma condutividade hidrulica, que varia de acordo com o grau de saturao do solo (Figura 2.14). medida que o grau de saturao do solo aumenta com a infiltrao da gua da chuva, a sua condutividade hidrulica tambm aumenta, havendo um avano da zona saturada, denominado frente de saturao ou frente de umedecimento.

Figura 2.14 Variao condutividade hidrulica em funo do grau de saturao (Topp e Miller, 1966 apud Alonso et al., 1987)

Aps a infiltrao da gua da chuva, a frente de saturao atinge uma determinada profundidade, provocando a reduo total ou parcial da suco nesta profundidade, e uma consequentemente reduo da resistncia ao cisalhamento na zona localizada acima da regio saturada, podendo vir a ocorrer o movimento da massa de solo.

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Segundo Campos (1984), o avano dessa frente de saturao depende do grau de saturao do solo antes da infiltrao, do seu ndice de vazios e da intensidade e durao da chuva.

Quando a chuva cessa, a gua infiltrada se distribui, conferindo ao solo um novo e maior teor de umidade. Assim, se a prxima chuva ocorrer pouco tempo aps a anterior, o solo estar com um maior grau de umidade e, consequentemente, uma maior condutividade hidrulica, produzindo um avano mais rpido da frente de saturao. Portanto, durante a estao de chuvas, ocorre um contnuo e gradual aumento do grau de saturao do solo (Campos, 1984).

2.6. Tcnicas de Estabilizao de Taludes

Como parte deste trabalho, foi proposta uma interveno a ser realizada na encosta do Morro da Glria II, de forma a garantir a sua estabilidade. Sendo assim, a seguir sero apresentadas as principais tcnicas de estabilizao de taludes disponveis e suas caractersticas.

2.6.1. Retaludamento

Esse tipo de tcnica de estabilizao de taludes consiste em realizar alteraes na geometria dos mesmos, a fim de se obter uma melhor condio de estabilidade (Figura 2.15). Essas alteraes podem abranger pequenas reas do talude, ou at mesmo o perfil inteiro, incluindo etapas de corte e realizao de aterros compactados. A partir de anlises de estabilidade considerando os parmetros geotcnicos, so definidas as inclinaes finais do talude.

A etapa de corte compreende a escavao dos materiais que formam o talude natural. A etapa de execuo de aterros consiste na compactao de uma massa de solo em local previamente preparado, o que permite garantir ao aterro caractersticas adequadas de resistncia, deformabilidade e permeabilidade.

Plataformas intermedirias (banquetas) so construdas juntamente com um sistema de drenagem e proteo superficial, com a finalidade de impedir a eroso do talude pelas guas pluviais.

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Figura 2.15 - Retaludamento (Massad, 2003)

2.6.2. Proteo Superficial

Os sistemas de proteo superficial tm como finalidade revestir o talude, protegendo contra a eroso e reduzindo a infiltrao decorrente da precipitao de chuva. A proteo pode ser atravs de vegetao ou atravs de impermeabilizao (concreto projetado, geotxtil, etc). A proteo superficial associada a um sistema de drenagem superficial pode, em muitos casos, ser suficiente para estabilizao do talude (Figura 2.16).

Figura 2.16 Proteo superficial com vegetao

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2.6.3. Estruturas de Conteno

a) Muros de Peso

So estruturas cujo peso prprio o responsvel por sua estabilidade, opondo-se aos empuxos horizontais. So empregados, em geral, na conteno de desnveis no superiores a 5 metros, quando se dispe de espao para acomodar sua largura, que gira em torno de 50% da altura a ser contida. Devido a seu elevado peso, requerem um terreno com boa capacidade de carga.

A geometria dos muros de peso dimensionada de forma a suportar o empuxo do solo, apresentando trs perfis bsicos: retangular (Figura 2.17a), trapezoidal (Figura 2.17b) e escalonado (Figura 2.17c).

Figura 2.17a - Perfil retangular (Moliterno, 1980) Figura 2.17b - Perfil trapezoidal (Moliterno, 1980)

Figura 2.17c - Perfil trapezoidal (Moliterno, 1980)

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Para que a sua estabilidade seja garantida, no projeto de um muro de peso devem ser feitas as verificaes quanto segurana em relao aos seguintes mecanismos

potenciais de ruptura: instabilidade global do talude, deslizamento ao longo da base do muro, tombamento em relao ao p do muro e capacidade de suporte do terreno de fundao do muro (Figura 2.18).

Figura 2.18 Mecanismos potenciais de ruptura (Geo-Rio, 1999)

Os muros de peso podem ser constitudos de diversos materiais, sendo os principais: pedras, gabies, concreto ciclpico e sacos de solo-cimento.

a.1) Muros de Pedras

Os muros de pedras (Figura 2.19) apresentam rigidez elevada, tendo como vantagens a facilidade e baixo custo de construo. Quando as pedras no so argamassadas, no necessitam de dispositivos de drenagem, uma vez que o material do muro drenante.

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Para conseguir uma maior rigidez no muro, as pedras podem ser argamassadas, sendo necessrio, no entanto, a instalao de dispositivos de drenagem para aliviar as poropresses na estrutura.

Figura 2.19 - Muros de pedras (Geo-Rio, 1999)

a.2) Muros de Gabies

So muros de peso, constitudos pela superposio de gabies (Figura 2.20). Os gabies so grandes gaiolas prismticas, feitas com uma malha hexagonal com dupla toro de arame galvanizado, cheias de blocos de rocha. Os blocos de rocha podem ser naturais (seixos rolados) ou artificiais (brita ou blocos de pedreiras) e devem possuir dimetro superior abertura de malha das gaiolas.

Suas principais caractersticas so: flexibilidade, permitindo que a estrutura se acomode a recalques diferenciais, alta permeabilidade, garantindo a drenagem e a ausncia de empuxo hidrosttico no tardoz do muro.

Figura 2.20 - Muro de gabies (Moliterno, 1980)

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a.3) Muros de Concreto Ciclpico

O concreto ciclpico trata-se, basicamente, de um concreto com fck > 10 MPa com a adio de pedras de mo de dimenses variadas que, em geral, ocupam 30% de seu volume. Os muros de concreto ciclpico constituem uma estrutura bastante rgida e resistente, apresentando geralmente seo transversal trapezoidal, com largura da base da ordem de 50% de sua altura (Figura 2.21). Devido a sua impermeabilidade, requer um sistema adequado de drenagem.

Figura 2.21 - Muro de concreto ciclpico (Carvalho et al, 1991 apud Tozatto, 2000)

a.4) Muros de Saco de Solo-Cimento

So constitudos por camadas de sacos de aniagem ou geossinttico, preenchidos com solo estabilizado com cimento, sendo a proporo da mistura da ordem de 1:10 a 1:15. Sua execuo barata e no requer mo-de-obra especializada. Os sacos de solo-cimento so dispostos empilhados horizontalmente e compactados manualmente, em geral, com soquetes (Figura 2.22).

Aps alguns anos, os sacos expostos nas faces externas do muro se desintegram totalmente, porm o solo-cimento preserva a sua forma original moldada pelos sacos. Estas faces externas do muro podem receber uma proteo superficial de argamassa de concreto magro, de modo a prevenir contra eroso.

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Figura 2.22 - Muro de saco de solo-cimento (Geo-Rio, 1999)

b) Muros de Flexo em Concreto Armado

Os muros de flexo em concreto armado so estruturas mais esbeltas, com seo transversal em L, que resistem aos empuxos utilizando o peso prprio do solo que se apoia sobre a base do L. A laje de base apresenta, em geral, largura na faixa de 50 a 70% da altura do muro (Figura 2.23).

Os muros com seo transversal em L podem apresentar um dente enterrado, usado para aumentar a contribuio do empuxo passivo na resistncia ao deslizamento.

Figura 2.23 - Muro de flexo (Adaptado de Ranzini e Negro Junior, 1998)

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c) Solo Grampeado

Solo grampeado uma tcnica bastante eficaz para o reforo do solo in situ, tanto em taludes naturais quanto em taludes resultantes de escavao. O grampeamento do solo obtido atravs da introduo de elementos lineares passivos, semirrgidos, resistentes flexo composta, denominados grampos. Os grampos podem ser barras ou tubos de ao ou barras sintticas, posicionados horizontalmente ou inclinados no talude, de forma que resistam aos esforos de trao e cisalhamento (Ortigo et al, 1993).

Alm da introduo de grampos, costuma-se aplicar uma camada de revestimento de concreto projetado, armado com tela de ao eletrossoldada, protegendo a superfcie do talude (Figura 2.24). Como alternativa, a superfcie do talude pode ser protegida com vegetao.

Figura 2.24 - Solo grampeado (Adaptado de Geo-Rio, 1999)

d) Solo Reforado

Trata-se de uma tcnica de reforo do solo atravs na introduo de camadas de geossintticos (geotxteis, geogrelhas ou fitas metlicas) no macio de aterro, conferindo resistncia trao ao solo. Normalmente, o paramento do aterro protegido com alvenaria ou placas de concreto (Figura 2.25).

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Figura 2.25 - Solo reforado (Geo-Rio, 1999)

e) Cortinas Ancoradas

As cortinas so estruturas de concreto armado, com espessura em geral na faixa de 20 a 30 centmetros, ancoradas em profundidade atravs de elementos de ao (tirantes) introduzidos no talude (Figura 2.26). Os tirantes so capazes de suportar esforos de trao e de transmiti-los ao solo.

Figura 2.26 Cortina ancorada (Carvalho et al, 1991 apud Tozatto, 2000)

Aps a perfurao e introduo dos tirantes no talude, realizada a injeo de calda de cimento sob presso no furo, formando um bulbo e ancorando o tirante na regio estvel do macio. Aps a ancoragem, com a cura da calda de cimento, os tirantes

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recebem uma protenso e so fixados estrutura de concreto, aplicando, desta forma, uma fora contrria tendncia de movimento do talude. A transferncia da carga suportada pelo tirante para o talude ocorre atravs do bulbo de ancoragem e resulta no aumento da tenso efetiva normal base da superfcie potencial de ruptura, fazendo aumentar a sua resistncia ao cisalhamento.

A Figura 2.27 apresenta o mtodo executivo de uma cortina ancorada em um talude de corte.

Figura 2.27 - Mtodo executivo de cortina ancorada (Tecnosolo, 1978)

A extremidade do tirante que fica para fora do terreno, protegida por uma tampa de concreto, a cabea do tirante. O trecho do tirante entre a cabea e o bulbo de

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ancoragem chamado de trecho livre. Neste trecho, a barra de ao se encontra isolada da calda de cimento, sendo geralmente engraxada. Segundo a NBR 5629, o trecho livre no pode ter comprimento inferior a 3 metros (Figura 2.28).

Figura 2.28 - Elementos de um tirante (Geo-Rio, 1999)

Conforme apresentado na Figura 2.29, em um projeto de cortina ancorada deve-se verificar a sua estabilidade quanto aos seguintes modos de ruptura (Geo-Rio, 1999):

- Puncionamento da base: Pode ocorrer quando o solo onde se apoia a base da cortina for de baixa capacidade de suporte;

- Ruptura de fundo da escavao: Pode ocorrer se uma camada mole existir abaixo do nvel de escavao;

- Ruptura global: Pode ocorrer de duas formas: atravs de uma cunha de ruptura ou atravs de uma ruptura generalizada e profunda;

- Deformao excessiva: Pode ocorrer apenas durante a construo, antes da protenso de um determinado nvel de ancoragens. Aps a execuo da obra, dificilmente ocorre, j que as cortinas so suficientemente rgidas.

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- Ruptura das ancoragens: Ocorre quando a capacidade de carga do tirante definido insuficiente, ou ainda, durante a execuo da cortina, quando outros nveis de tirantes ainda no foram instalados;

- Ruptura da parede: Pode ocorrer em duas situaes: ruptura por flexo devido armadura insuficiente e ruptura por puncionamento dos tirantes.

Figura 2.29 Modos de ruptura de uma cortina ancorada (Geo-Rio, 1999)

No caso do uso de softwares como o SLOPE/W, empregado no presente trabalho, para o dimensionamento geotcnico da cortina ancorada, considerada na anlise de estabilidade a fora aplicada pelo tirante, cuja componente se soma resultante das foras normais atuantes na base da fatia interceptada pelo tirante, aumentando a tenso normal efetiva e, consequentemente, a sua resistncia ao cisalhamento (Figura 2.30).

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Figura 2.30 Foras atuantes em uma fatia interceptada por um tirante

W Peso total da fatia

En - Resultante das foras normais atuando na face esquerda da fatia

En+1 - Resultante das foras normais atuando na face direita da fatia

Xn - Resultante das foras cisalhantes atuando na face esquerda da fatia

Xn+1 - Resultante das foras cisalhantes atuando na face direita da fatia

S - Resultante da resistncia ao cisalhamento mobilizada na base da fatia

N - Resultante das foras normais base da fatia

T Componente da fora aplicada pelo tirante normal base da fatia

O dimensionamento estrutural da cortina pode ser realizado com base na teoria das lajes cogumelo, que so lajes armadas em duas direes, apoiadas diretamente sobre os pilares, sem a presena de vigas. No caso de cortinas ancoradas, os pontos onde so fixados os tirantes na cortina (cabeas dos tirantes) so considerados os pontos de apoio da mesma, de forma anloga aos pilares de uma laje cogumelo.

No processo de clculo, as cargas so distribudas na cortina segundo duas direes ortogonais entre si, tomando-se para cada direo o valor total da referida carga, e

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analisando-se cada uma das direes separadamente. A laje (painel da cortina) dividida em faixas (Figura 2.31), que constituem as reas de influncia de cada linha de tirantes. Assim, as faixas so estudadas individualmente, assumindo a configurao de uma viga contnua com os tirantes servindo de apoio.

A espessura da cortina determinada em funo dos esforos atuantes, e de forma que as tenses de puncionamento sejam compatveis com as recomendaes da NBR 6118.

Figura 2.31 Diviso do painel da cortina em faixas

2.6.4. Sistemas de Drenagem

Os sistemas de drenagem tm por finalidade captar e conduzir convenientemente as guas superficiais e subterrneas de um talude, reduzindo a eroso e taxa de infiltrao no solo, bem como evitando um aumento excessivo da poropresso.

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a) Sistema de Drenagem Superficial

O sistema de drenagem superficial tem como objetivo diminuir a infiltrao das guas pluviais, captando-as e escoando-as atravs de canaletas ou valas revestidas, dispostas longitudinalmente, na crista dos taludes ou/e em banquetas, ou transversalmente, ao longo das linhas de maior declividade do talude (Figura 2.32).

No caso de grandes declividades, necessria a implantao de artifcios de desacelerao, como escadas dgua e caixas dissipadoras de energia. O custo dessas obras relativamente baixo e no requerem mo-de-obra especializada.

Figura 2.32 - Sistema de drenagem superficial (Massad, 2003)

b) Sistema de Drenagem de Estruturas de Conteno

A preocupao com a drenagem deve estar presente em todas as obras de conteno como medida complementar, pois garante uma reduo dos esforos a serem suportados pela estrutura, devido ao da gua.

O efeito da gua pode ser direto, resultante do acmulo de gua junto ao tardoz da estrutura, provocando um empuxo hidrosttico, ou indireto, produzindo uma reduo da resistncia ao cisalhamento do macio. O efeito da gua pode ser eliminado ou atenuado por um sistema eficaz de drenagem.

Os sistemas de drenagem das estruturas de conteno devem se ater a:

Impedir o acmulo de gua junto ao tardoz da estrutura de conteno;

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Ter a funo filtrante, evitando o piping;

Evitar a sua colmatao, o que resultaria em perda parcial ou total da eficincia do sistema de drenagem.

Com a finalidade de diminuir o empuxo hidrosttico, so empregados tubos horizontais curtos que atravessam transversalmente a estrutura (drenos barbacs). A extremidade do tubo junto ao solo deve ser perfurada e envolvida com uma tela de nylon amarrada. (Figura 2.33).

Figura 2.33 - Dreno curto (Barbac) (Cunha, 1991)

c) Sistema de Drenagem Profunda

Esse sistema de drenagem consiste na introduo de um tubo perfurado de pequeno dimetro, envolvido por uma tela filtrante, num furo sub-horizontal aberto por meio de sonda rotativa (Figura 2.34). Seu comprimento pode chegar a algumas dezenas de metros e seu objetivo rebaixar o lenol fretico, reduzindo a poropresso no talude.

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Figura 2.34 - DHP - Dreno horizontal profundo (Geo-Rio, 1999)

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3. Caracterizao da rea Estudada

3.1. Localizao e Dados Geogrficos e Geolgicos da Regio

Localizado no extremo sul do estado do Rio de Janeiro (Figura 3.1), nas coordenadas 441905W e 230024S, o muncipio de Angra dos Reis possui uma rea total de 819 Km2, com uma altitude que pode atingir mais de 2000 metros. Limita-se ao norte com o municpio de Bananal (SP), a nordeste com Rio Claro (RJ), a leste com Mangaratiba (RJ), a oeste com Paraty (RJ), e ao sul com o Oceano Atlntico. O municpio possui uma populao de 169.270 habitantes (IBGE, 2010), sendo que mais de 96% dessa populao est situada em rea urbana (PMAR, 2012).

Figura 3.1 - Localizao de Angra dos Reis no estado do Rio de Janeiro (Assumpo, 2011)

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De acordo com CPRM (2000, apud Assumpo, 2011), Angra dos Reis est localizada em uma regio que se encontra inserida no domnio das escarpas serranas, cujo relevo montanhoso, extremamente acidentado e transicional entre dois sistemas de relevo. Suas vertentes so predominantemente retilneas a cncavas, escarpadas e os topos das cristas so alinhados, aguados ou levemente arredondados.

O municpio est situado na regio da Serra do Mar, que se estende na direo Nordeste/Sudoeste. A Serra do Mar um bloco falhado e basculado para o norte, que forma, assim, uma escarpa ngreme para o mar. A serra se dispe como uma importante barreira de escarpa de linha de falha e chega a apresentar desnveis de at 2.400 metros (Assumpo, 2011).

Segundo Salvador e Pimentel (2009, apud Assumpo, 2011), as rochas que compem a Serra do Mar sofreram intensos processos de deformao desde o perodo Neoproterozico, com gerao de estruturas que atuam como zonas de fraqueza na crosta, recorrentemente ativadas. Os processos geomorfolgicos locais so caracterizados pela instabilidade de taludes e pela proximidade das vertentes da serra com o litoral, chegando, em muitos pontos, at o oceano.

3.2. Descrio da rea de Estudo

O talude, objeto de estudo deste trabalho, a encosta sudoeste do Morro da Glria II, localizado no trecho final da Rua Jos Cndido de Oliveira, na regio central de Angra dos Reis (Figuras 3.2 e 3.3).

Prximo ao topo dessa encosta existe uma cortina ancorada com aproximadamente 60 metros de comprimento e cerca de 2 metros de altura. Aps a ocorrncia de intensas chuvas nos 3 primeiros dias do ano de 2010 (ndice pluviomtrico acumulado de aproximadamente 400mm), foi observado um abatimento do solo a jusante da estrutura de conteno.

COPPETEC (2012) apresentou o resultado do trabalho de mapeamento da suscetibilidade associada aos movimentos de massa na regio de Angra dos Reis. Foram identificados cinco tipos de movimentos de massa suscetveis de ocorrncia: deslizamentos translacionais, deslizamentos rotacionais, rastejo, queda de blocos e fluxos de detritos. As condies de terreno avaliadas indicaram um predomnio de deslizamentos do tipo translacional (raso) nas encostas, e de fluxos de detritos nos

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fundos dos vales drenados por canais naturais. O trabalho englobou 4 regies do Municpio: Centro, Abrao, Bananal e Provet, estes trs ltimos na Ilha Grande. O Morro da Glria II, localizado na regio central, foi includo nesse mapeamento, possibilitando a obteno de diversos dados e informaes usadas no presente trabalho, tais como: topografia, caractersticas geolgicas e caractersticas dos solos da regio.

Em 31/08/2012 foi realizada uma visita ao local com a finalidade de se obter mais informaes para o presente trabalho. As Figuras 3.4 a 3.6 indicam a rea estudada, onde possvel observar a grande concentrao de casas na regio. Foram observados abatimentos no terreno a jusante da cortina, evidenciando a ocorrncia de movimentaes no local (Figuras 3.7 a 3.9).

Figura 3.2 Vista area da regio central de Angra dos Reis e localizao do Morro da Glria II (Google Earth, 2012)

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Figura 3.3 Vista area do Morro da Glria II e indicao da encosta estudada (Google Earth, 2012)

Figura 3.4 Morro da Glria II (Visita 31/08/2012)

Encosta estudada

Encosta estudada

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Figura 3.5 Vista do Morro da Glria II (Visita 31/08/12)

Figura 3.6 Vista da encosta estudada (Visita 31/08/2012)

Cortina existente

Abatimento do terreno

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Figura 3.7 Abatimentos do solo a jusante da cortina (Visita 31/08/2012)

Figura 3.8 Abatimentos do solo a jusante da cortina (Visita 31/08/2012)

Abatimentos do terreno

Abatimentos do terreno

Cortina existente

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Figura 3.9 Abatimento do solo a jusante da cortina (Visita 31/08/2012)

Abatimento do terreno

Cortina existente

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3.3. Topografia

A Figura 3.10 apresenta a topografia do Morro da Glria II, com as curvas de nvel espaadas a cada 10 metros.

Figura 3.10 - Topografia do Morro da Glria II e indicao da encosta estudada

Atravs do mapa topogrfico da regio central do municpio, observa-se que a encosta do Morro da Glria II apresenta inclinaes mdias a altas, variando de aproximadamente 20o a 40o. A encosta estudada est situada prxima cumeada do morro, sem sofrer influncia expressiva da bacia de contribuio montante.

3.4. Caracterizao Geolgico-geotcnica

No trabalho de COPPETEC (2012), citado anteriormente, apresentado um mapeamento geolgico na regio, onde foram definidas quatro categorias baseadas na litologia e estruturas das rochas encontradas, a saber:

Biotita ortognaisse migmattico

Granito equigranular isotrpico

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Pegmatito de composio grantica

Dique de diabsio

A Figura 3.11 apresenta o mapeamento geolgico da regio central de Angra dos Reis, onde est localizada a encosta estudada neste trabalho.

Figura 3.11 - Mapa geolgico da rea central do municpio de Angra dos Reis (COPPETEC, 2012)

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Figura 3.12 Litologia predominante na encosta estudada: biotita ortognaisse migmattico

Analisando as Figuras 3.11 e 3.12, observa-se que na rea estudada a litologia predominante a biotita ortognaisse migmattico, que se trata de uma formao metamrfica de origem gnea, contendo essencialmente K-feldspato, plagioclsio, quartzo e a biotita, que o mineral mfico predominante. Esse tipo de formao apresenta uma colorao escura e textura equigranular.

Ainda de acordo com COPPETEC (2012), o mapeamento dos solos baseado na classificao do tipo de material atravs da anlise de sondagens disponveis e de estudos realizados anteriormente pela COPPE/UFRJ, juntamente com um mapeamento das espessuras dos solos, baseado na interpretao de fotografias areas e imagens de satlite da regio, definiram as seguintes classes de solo encontradas (Figura 3.13):

Aterro

Afloramento rochoso

Colvio

Mangue

Praia

Saprolito raso

Saprolito espesso

Sedimentos flvio-marinhos

Encosta estudada

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Figura 3.13 - Mapa dos solos da rea central do municpio de Angra dos Reis (COPPETEC, 2012)

Figura 3.14 Classe de solo predominante na encosta estudada: solo saproltico espesso

Encosta estudada

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Segundo as Figuras 3.13 e 3.14, observa-se que o subsolo do Morro da Glria II constitudo por um solo residual saproltico. Sabe-se que o solo residual aquele formado a partir do intemperismo da rocha, e que no sofreu qualquer tipo de transporte, permanecendo no local onde foi formado. As caractersticas dos solos residuais, tais como composio mineralgica e granulomtrica, estrutura e espessura, dependem de fatores como o clima, relevo, tempo e tipo de rocha de origem.

Os solos saprolticos ou solos residuais jovens apresentam, simultaneamente, minerais secundrios e minerais primrios no alterados e/ou parcialmente alterados. Sua composio mineralgica bastante variada e depende do tipo de rocha de origem e do seu grau de intemperizao.

Segundo Pastore e Fortes (1998), em regies tropicais, onde o clima quente e mido, predominante a ao do intemperismo qumico, que provoca a decomposio profunda das rochas, dando origem aos chamados solos residuais tropicais. Estes solos podem apresentar espessuras de at dezenas de metros, enquanto que os solos residuais formados em reas de clima temperado apresentam pequenas espessuras, da ordem de poucos metros.

Segundo Avelar (2012), baseando-se em observaes realizadas no local e na geomorfologia, a camada de solo residual da encosta do Morro da Glria II bastante espessa e relativamente homognea, com o nvel dgua profundo.

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4. Ensaios Realizados com Solo do Local

No trabalho de COPPETEC (2011) so apresentados ensaios de caracterizao e de cisalhamento direto em uma amostra de solo de uma encosta do Morro da Glria II. Os resultados destes ensaios, realizados no Laboratrio de Geotecnia Prof. Jacques de Medina da COPPE/UFRJ, foram de grande utilidade, servindo de parmetro para as anlises realizadas neste trabalho.

Para a realizao dos ensaios, foi retirada uma amostra indeformada (AM-4 - Figura 4.1) de um talude de corte (cerca de 3 metros de profundidade) do Morro da Glria II (vertente leste), na Rua Jos Candido Oliveira, prximo ao no 1355, em frente as Igrejas So Nicolau e Pentecostal Evanglica Poder de Deus (Figura 4.2). De acordo com a descrio ttil visual do material, tratava-se de um silte argiloso de cor laranja escuro. Ressalta-se que tal amostra foi retirada na vertente leste do morro, enquanto que a encosta analisada no presente trabalho situa-se na vertente oeste. Entretanto, supe-se que os solos destes locais sejam similares.

Figura 4.1 Amostra (bloco cbico de 30 cm de aresta por 30 cm de altura ) retirada da encosta do Morro da Glria II (AM-4) (COPPETEC, 2011)

Durante a realizao do presente trabalho, foi coletada uma amostra de solo da encosta em anlise (Rua Jos Cndido de Oliveira, prximo ao no 712 vertente oeste

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do Morro da Glria II) durante a visita de campo de 31/08/2012 (Figura 4.2). Com esta amostra, foram realizados ensaios de caracterizao a fim de se avaliar a semelhana com a amostra da vertente leste. Os locais de coleta das duas amostras distam aproximadamente de 100 metros (em planta).

Figura 4.2 Localizaes das coletas de amostras de solo: A) COPPETEC (2011); B) Amostra da encosta estudada

no presente trabalho.

4.1. Ensaios de Caracterizao

Foram realizados ensaios de caracterizao do solo da amostra AM-4 (vertente leste), onde se determinou a granulometria (com uso de defloculante), o teor de umidade natural (hnat), a densidade real dos gros (Gs), limite de liquidez (LL), limite de plasticidade (LP), ndice de plasticidade (IP) e a atividade da argila presente no solo (A). Os resultados dos ensaios esto apresentados na Tabela 4.1.

Tabela 4.1 Resultado dos ensaios de caracterizao da amostra AM-4 (COPPETEC, 2011)

A

AM - 4 24,7 2,687 59 26 33 4,71

Amostra hnat (%) Gs LL (%) LP (%) IP (%)

A

B

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A Figura 4.3 apresenta os resultados do ensaio de granulometria realizado com a amostra AM4.

Figura 4.3 Curva granulomtrica (com defloculante) da amostra AM-4 (COPPETEC, 2011)

De acordo com a composio granulomtrica, trata-se de um silte areno-argiloso. Segundo o Sistema Unificado de Classificao dos Solos, o solo da amostra AM-4 classificado como argila de alta plasticidade (CH).

Os resultados dos ensaios de caracterizao com a amostra representativa da encosta analisada no presente trabalho (vertente oeste) esto apresentados na Figura 4.4, indicando tratar-se de uma argila areno-siltosa. Comparando-se as amostras das duas vertentes, observa-se que as mesmas apresentam fraes finas (partculas que passam na peneira #200) similares, sendo 62% para a amostra da vertente oeste e 57% para a amostra da vertente leste, apesar de diferirem no percentual de argila e silte. Os percentuais de areia fina, mdia e grossa tambm so similares.

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Fina Mdia Grossa6 14 1849 11 2

Composio Granulomtrica ( % ) ( Escala ABNT )

Argila SilteAreia

Pedregulho

Figura 4.4 Curva granulomtrica (com defloculante) da amostra coletada na vertente oeste do

Morro da Glria II

Diante das caractersticas geolgicas e geomorfolgicas do trecho estudado, e da comparao entre os resultados dos ensaios de caracterizao, julgou-se que seria adequado considerar os resultados dos ensaios de resistncia ao cisalhamento da amostra da vertente leste para as anlises da vertente oeste.

4.2. Ensaio de Cisalhamento Direto

O ensaio de cisalhamento direto foi realizado em 4 corpos de prova de seo transversal quadrada com 36,0 cm2 de rea e altura inicial de 2,50 cm, retirados da amostra AM-4 (COPPETEC, 2011), conforme mostrado nas Figuras 4.5 e 4.6. Os corpos de prova foram mantidos submersos por um perodo de 24 horas antes da realizao do ensaio.

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Figura 4.5 Moldagem dos corpos de prova para o ensaio de cisalhamento direto (COPPETEC, 2011)

Figura 4.6 Corpo de prova moldado para o ensaio de cisalhamento direto (COPPETEC, 2011)

Durante o ensaio, foram aplicadas as seguintes tenses normais totais iniciais de

adensamento (n): 50, 100, 200 e 600 kPa. A velocidade de deslocamento horizontal (0,044 mm/min) foi mantida constante at que ocorresse a ruptura do corpo de prova, de forma a promover um cisalhamento drenado. A Figura 4.7 apresenta os 4 corpos de prova cisalhados.

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Figura 4.7 Corpos de prova rompidos (COPPETEC, 2011)

As caractersticas dos corpos de prova ensaiados esto apresentadas na Tabela 4.2.

Tabela 4.2 Caractersticas dos corpos de prova (COPPETEC, 2011)

1 50 25,1 17,00 0,940 72 35,5 0,0712 100 24,9 16,64 0,978 68 34,2 0,2253 200 24,3 16,22 1,021 64 30,9 0,4634 600 24,3 17,24 0,901 72 29,1 0,536

S0 (%) hf (%) v (cm)

AM - 4

Amostra C.P. n (kPa) h0 (%) n (kN/m3) e0

Onde:

n - Tenso normal

ho - Teor mdio de umidade inicial (antes da inundao do corpo de prova)

h - Peso especfico aparente mido

e0 - ndice de vazios inicial

hf - Teor de umidade final

S0 - Grau de saturao Inicial (antes da inundao do corpo de prova)

v - Deformao total aps aplicao da tenso normal

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O comportamento da tenso cisalhante em relao ao deslocamento horizontal pode ser observado no grfico apresentado na Figura 4.8.

Figura 4.8 - tenso cisalhante normalizada x deslocamento horizontal

No decorrer do ensaio, conforme a parte superior da caixa de cisalhamento se desloca, ocorre um aumento da tenso normal sobre o corpo de prova, devido diminuio da rea sobre a qual a fora normal est atuando. Para se considerar o efeito desse aumento da tenso normal na variao da tenso cisalhante em funo do deslocamento horizontal, calcula-se a tenso cisal