Métodos de Estabilização Geotécnica: Taludes, Aterros e Barragens

Formas de Estabilização de Taludes

Melhor Solução: Evitar o Problema

Alterar o projeto (quando o problema de talude é descoberto na fase de projeto): deslocar o eixo da rodovia, executar um viaduto com fundações profundas que não estejam apoiadas na área afetada por possível movimentação de terra.

Redução de Forças/Momentos Instabilizantes

Retaludamento

• Mudança da geometria do talude.
• Reduzir a altura.
• Reduzir o ângulo de inclinação.
• É a solução mais barata*.
• A redução do ângulo de inclinação reduz as forças/momentos instabilizantes (peso do elemento).
• Cuidado: também reduz a tensão normal e, portanto, a tensão cisalhante (que depende da tensão normal). Verificar em ferramentas numéricas.
• É necessário espaço disponível.
• No retaludamento, deve-se executar um jogo de pesos, reduzindo o peso da crista e aumentando o peso no pé do talude.
• Portanto, a colocação de um contrapeso (berma) no pé do talude tem um efeito estabilizador.
• Em geral, é uma solução adotada para estabilizar possíveis rupturas circulares.

Aumento de Forças/Momentos Estabilizantes

Drenagem Superficial

• O objetivo da drenagem superficial é diminuir a infiltração de águas pluviais, principalmente em taludes de corte.
• A água é captada e escoa por canaletas longitudinais, executadas na crista e nas bermas.
• A água é conduzida transversalmente, ao longo de linhas de maior declividade – se não executada, haverá grande problema de erosão.
• A água tem que entrar nas canaletas.
• Necessária manutenção!
• Para declividades muito grandes, pode ser necessário executar escada d’água para reduzir a energia da água.
• As bermas de 2 m de largura devem possuir de 9 a 10 m de comprimento também para reduzir a força da água.
• Evitar ruptura rotacional e planar.

Drenagem Profunda

• Método mais eficiente de estabilização – mas não é milagroso, se a inclinação é excessiva ou a resistência dos materiais é baixa.
• A diminuição da poropressão aumenta os esforços estabilizantes.
• A intenção é reduzir a poropressão, sendo suficiente direcionar o fluxo d’água.
• Dreno Horizontal Profundo (DHP). Furos efetuados com martelete horizontais podem ser eficientes em maciços rochosos. Não se pode dizer qual o espaçamento entre furos; tudo depende se vai ser interceptada fissura com água ou não.

Impermeabilização Superficial

• Evitar a infiltração de água.
• Executado com concreto projetado ou pintura com material asfáltico.
• Esteticamente feio.
• Cuidado: DHPs devem estar funcionando corretamente, caso contrário, pode aumentar consideravelmente a poropressão no maciço e romper bruscamente.
• Nos casos de taludes que já sofreram movimentos, as trincas e fissuras devem ser fechadas para evitar a infiltração de água e a formação de empuxo hidrostático dentro das fendas.

Muro de Gabião

• Soluções que envolvam escavação para construção de muros de arrimo podem ter etapas de construção inseguras durante os meses de maio a setembro (época de grande umidade no solo no RS), mas se tornam viáveis e econômicas durante os meses de novembro a março (época em que é comum ocorrerem déficits hídricos no estado).

Terramesh

• Permite a construção de contenções de maior altura, principalmente quando é necessária a formação ou recomposição do maciço a conter, podendo-se utilizar o próprio solo retirado do local para o reaterro ao tardoz da estrutura, devidamente compactado.

Aumento e Redução de Forças/Momentos (Estabilizantes e Instabilizantes)

Estaca Raiz

• Funcionam como reforço do solo, ao longo do plano de ruptura, acrescentando resistência ao cisalhamento devido ao aço das estacas.
• A profundidade deve ultrapassar a superfície de ruptura.
• Várias direções.
• Custo elevado.

Cortina Atirantada

• Placas de concreto de pequenas dimensões atirantadas.
• As placas são instaladas de cima para baixo à medida que se faz o corte.
• Tirantes aumentam a resistência ao cisalhamento do solo.
• Associar a um sistema de drenagem.

Sistemas de Proteção contra Quedas e Detritos

Sistemas contra Quedas

Barreira Flexível contra Queda de Rocha

• Não impede a queda, mas consome energia cinética na forma de deslocamento.
• Rede de anéis de arame de aço instalada em postes reforçados.

Sistemas contra Fluxo de Detritos

Barragem Pente

• Estruturas compostas por cavaletes metálicos, regularmente espaçados e engastados em rocha.
• Esse tipo de dispositivo permite a passagem do material fluido e retém detritos de maior porte, que são responsáveis pelo desencadeamento de processos erosivos, obstrução da drenagem e danos.

Barreira Flexível contra Fluxo de Detritos

• Também é uma estrutura composta por redes de anéis.
• Graças à forma de construção permeável, o fluxo de detritos é drenado: o material grosseiro é retido, mas a água e as partículas finas passam.

Aterros sobre Solos Moles

Resistência Não Drenada (Su)

• Quando é construído rapidamente um aterro sobre solo argiloso mole, pode ocorrer ruptura antes de iniciar qualquer drenagem – já que o solo possui baixa permeabilidade.
• Portanto, a curto prazo (no instante do carregamento e antes que ocorra adensamento), trabalha-se com resistência não drenada. Poucos dias/semanas após a construção.

Problemas em Aterros sobre Solos Moles

• Do ponto de vista técnico, os problemas decorrentes da execução de aterros sobre solos moles são:
  • A estabilidade dos aterros, logo após a construção.
  • Os recalques dos aterros ao longo do tempo.
• Do ponto de vista técnico-construtivo:
  • Tráfego dos equipamentos de construção.
  • Risco de ruptura durante a construção.
• Do ponto de vista de preocupações envolvendo aterros próximos a pontes e viadutos:
  • Estabilidade das fundações (atrito negativo e Efeito Tschebotarioff).
  • Recalque entre obras de arte e aterros, formando degraus.

Rupturas do Corpo do Aterro

• Instabilidade interna: deslocamento lateral do aterro sobre o solo mole.
• Instabilidade da fundação: recalques ou deformações excessivas, extrusão da fundação sob aterro, devido à baixa capacidade de carga da fundação.
• Instabilidade global: ruptura do aterro e da fundação com superfície de ruptura envolvendo o conjunto.

Recalque

• O recalque imediato é o que ocorre preliminarmente à drenagem e, portanto, com volume praticamente constante (sendo a compressibilidade da água desprezível diante da compressibilidade do esqueleto sólido). Associado a deformações elásticas.
• O recalque por adensamento primário (recalque por adensamento) corresponde à maior parcela do recalque total.
• O recalque por compressão secundária é uma deformação lenta que ocorre após a dissipação completa do excesso de poropressão.

Processos Construtivos para Aterros

Colunas de Brita

• As colunas funcionam como estacas, transferindo a carga do aterro para o solo resistente e funcionam como drenos, reduzindo a distância de percolação da água do solo mole.

Aterro Estaqueado

• Consiste na transmissão total dos esforços do aterro para camadas inferiores mais resistentes, evitando assim os recalques da camada mole.
• A transmissão é realizada por meio de estacas de fundação dispostas em malha quadrada.
• No topo de cada estaca é construído um capitel de concreto armado, para distribuição das tensões do aterro para as estacas, espaçados de 1 a 2 m. Pode-se ainda incluir camada de geossintético sobre os capitéis.

Aterros Leves

• Uso de material de construção com baixo peso específico para execução do núcleo do aterro.
• A cobertura do aterro deve ser executada com solo compactado normal de boa resistência.
• Redução do peso reduz recalques e aumenta o fator de segurança contra a ruptura de fundação.
• Material empregado: EPS (Poliestireno Expandido), popularmente conhecido como Isopor.

Drenos Verticais

• Quando o solo é muito espesso e o coeficiente de adensamento é muito baixo, é ineficiente a execução de sobrecarga.
• Nestes casos, associa-se a utilização de drenos verticais que encurtam as distâncias de drenagem e aceleram o adensamento.

Tipos de Barragens e Tratamento de Fundações

Barragem de Concreto Gravidade

• Menor manutenção.
• Maior custo se comparado à terra ou enrocamento.
• Em geral, fundações em rocha (observar trincas – calda de cimento reduz vazão por baixo da barragem – reduz subpressão).
• Deslizamento.
• Tombamento.

Barragem de Concreto Estrutural com Contrafortes

• A estabilidade quanto ao deslizamento é favorecida pela inclinação.
• O empuxo hidrostático é somado ao peso próprio da barragem.
• Cuidado com as fundações, pois a base em contato com o maciço rochoso é relativamente pequena (reduz subpressão).

Barragem de Terra Homogênea

• Área de base grande – transmite poucos esforços às fundações.

Barragem de Terra-Enrocamento

• O material do enrocamento apresenta elevado ângulo de atrito, garantindo estabilidade dos taludes de montante e jusante mesmo quando são íngremes.
• Enrocamento é formado por blocos de rocha, lançados em camadas e compactados com rolo.
• A escolha dessa seção se dá em função da otimização dos materiais disponíveis na região.
• Sempre deve conter núcleo impermeável para se garantir estanqueidade do barramento.
• Denominadas barragens zonadas.
• Observação: sempre executar camada de transição (transição gradual em termos de granulometria) entre enrocamento e núcleo.

Barragem de Enrocamento com Face de Concreto

• Placas de concreto sobre o talude de montante, de enrocamento.
• Placas são ligadas umas às outras por juntas especiais, já que o enrocamento é deformável para evitar piping (será estudado mais adiante).

Drenagem Interna em Barragens

• O papel dos sistemas de drenagem interna na estabilidade de barragens de terra é essencial, pois alivia os níveis de subpressão, disciplina o fluxo que é percolado pelo corpo da barragem a um destino seguro, além de evitar o carreamento de materiais finos que pode ocasionar problemas de piping.

Piping (Entubamento)

• A ruptura pelo entubamento (piping) ocorre por erosão regressiva de jusante para montante, formando um tubo (piping), com carreamento de partículas de solo pelo maciço, devido ao fluxo de água descontrolado de montante para jusante.
• Neste cenário, ocorre deslocamento de partículas do barramento, que desestabiliza o equilíbrio de forças na matriz do solo e o respectivo estado de tensões no maciço por onde ocorre este fluxo. O fenômeno é progressivo até a formação de brecha e colapso da estrutura.

Filtros em Barragens

• Para prevenir piping, deve-se cuidar para que na passagem do fluxo de um meio (solo a ser protegido) para outro, mais poroso (filtro), não haja carreamento de partículas sólidas.
• Critério de filtro de Terzaghi (partículas graúdas liberam passagem de solo, partículas muito finas impedem passagem de água).
• 15 e 85 referem-se às porcentagens de material em peso, com partículas menores que o diâmetro D associados.
• Os filtros verticais podem ser construídos com areia fina.
• O contrário ocorre com os filtros horizontais, em que os gradientes são muito baixos, quase nulos, havendo necessidade de compensação para que ele dê vazão à água de percolação, usando materiais granulares de elevada permeabilidade. Necessária transição suave em termos de granulometria (areia fina, areia grossa, pedregulhos).

Tratamento de Fundações de Barragens

Trincheira de Vedação (Cut-off)

• Trincheira, também denominada cut-off.
• Escavação feita no solo de fundação que é preenchida com solo compactado, como se o aterro se prolongasse.
• Não utilizar esta solução caso a permeabilidade aumente com a profundidade. Por exemplo, se existir uma rocha fraturada, a água escaparia pelas fendas.

Diafragmas Plásticos e Rígidos

• Solução moderna.
• Vala estreita preenchida com solo-cimento ou concreto (diafragma plástico ou rígido, respectivamente) até o impermeável.
• Escavação com uso de clam-shell e lama bentonítica para estabilidade das paredes. Painéis.
• Também pode ser usada linha de estacas justapostas.

Tapetes Impermeáveis

• Prolongamento da barragem de terra para montante, aumentando o caminho de percolação.
• Tapetes podem ser compactados da mesma forma que o maciço da barragem.
• Cuidado para recalques diferenciais (corpo da barragem e tapete), pois causariam trincas no encontro, anulando a função do tapete.

Poços de Alívio

• Poços abertos e preenchidos com material granular mais permeável do que o solo de fundação, com o objetivo de controlar a saída de água, impedindo a saída ascendente junto ao pé do talude (fenômeno de areia movediça).

Filtros Invertidos

• O princípio básico de projeto de barragens é construção com material impermeável a montante e permeável a jusante.
• Berma de material granular junto ao pé – evitar areia movediça.