Técnicas de Estabilização de Encostas e Resistência ao Cisalhamento dos Solos

Técnicas de estabilização de encostas UNIVERSIDADE DO ESTADO DE MATO GROSSO CAMPUS DE SINOP DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL SINOP MT 2023 Profª Andyara Ferreira Lemes NOÇÕES DE RESISTÊNCIAAO CISALHAMENTO DOS SOLOS GEOTECNIA II PROBLEMA Geotecnia II Solos como vários outros materiais em engenharia resistem bem às tensões de compressão mas tem resistência limitada a tração e ao cisalhamento A propriedade dos solos em suportar cargas e conservar sua estabilidade depende da resistência ao cisalhamento do solo e quando esta resistência é excedida toda massa de solo se rompe ESTABILIDADE Geotecnia II É preciso compreender a natureza da resistência ao cisalhamento para que seja possível analisar os problemas de estabilidade do solo tais como capacidade de carga estabilidade de taludes e pressão lateral em estruturas de contenção de terra OBJETIVO Conhecer a resistência de cisalhamento de um solo afim de aplicar tensões no material de modo que essas tensões não provoquem o deslocamento desses grãos em relação aos outros PARÂMETROS DE RESISTÊNCIA AO CISALHAMENTO Geotecnia II A Resistência ao cisalhamento de um solo se compõe basicamente de duas componentes Atrito e Coesão Atrito interno de um solo incluise não só o atrito físico entre suas partículas como o atrito fictício proveniente do entrosamento de suas partículas nos solos não existe uma superfície nítida de contato ao contrário há uma infinidade de contatos pontuais Coesão A coesão aparente é resultante da pressão capilar da água contida nos solos e que age como se fosse uma pressão externa A coesão verdadeira ocorre devida às forças eletroquímicas de atração das partículas de argila ela depende de vários fatores e seu estudo levarnosia à física dos solos e à química coloidal RESISTÊNCIA POR ATRITO Geotecnia II 𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡 φ 𝑇𝑇 𝑁𝑁 A tangente de um ângulo é a única razão que não envolve a medida da hipotenusa Ela é dada pela razão entre a medida do cateto oposto e a medida do cateto adjacente ao ângulo θ σ 𝑁𝑁 𝐴𝐴 τ 𝑇𝑇 𝐴𝐴 𝑁𝑁 σ 𝑇𝑇 τ 𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡 φ τ σ τ σ 𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡 φ A resistência ao cisalhamento do solo por atrito é dada tensão normal ao plano de ruptura x tangente do ângulo de atrito τ σ 𝑇𝑇 𝑁𝑁 TRANSMISSÃO DE FORÇAS ENTRE PARTÍCULAS DE AREIAS E DE ARGILAS Geotecnia II COESÃO APARENTE Geotecnia II A água serve como uma espécie de cola que mantém os grãos juntos através de forças capilares CRITÉRIOS DE RUPTURA Geotecnia II Os critérios de ruptura que melhor representam o comportamento dos solos são os de Coulomb e de Mohr Christian Otto Mohr Charles Augustin de Coulomb CRITÉRIO DE RUPTURA DE COULOMB Geotecnia II Para a maioria dos problemas de mecânica dos solos é suficiente aproximar a tensão de cisalhamento no plano de ruptura como uma função linear da tensão normal Coulomb 1776 Esta função linear pode ser expressa como onde c coesão ɸ ângulo de atrito interno σ tensão normal no plano de ruptura 𝜏𝜏f resistência ao cisalhamento Charles Augustin de Coulomb CRITÉRIO DE RUPTURA DE MOHR Geotecnia II Mohr 1900 apresentou a teoria para ruptura em materiais A teoria afirmava que um material se rompe em decorrência da combinação entre as tensões normal e de cisalhamento e não em razão das tensões máxima normal ou de cisalhamento isoladamente Portanto a relação funcional entre a tensão normal e a tensão de cisalhamento em um plano de ruptura pode ser expressa da seguinte forma Christian Otto Mohr CRITÉRIO DE RUPTURA DE MOHR Geotecnia II O critério de Mohr pode ser expresso como não há ruptura enquanto o círculo representativo do estado de tensões se encontrar no interior de uma curva que é a envoltória dos círculos relativos a estados de ruptura observados experimentalmente para o material Christian Otto Mohr A Fig representa a envoltória de Mohr o círculo B representa um estado de tensões em que não há ruptura e o círculo A tangente à envoltória indica um estado de tensões na ruptura CRITÉRIO DE RUPTURA DE MOHRCOULOMB Geotecnia II A ruptura por cisalhamento ocorrerá quando a tensão de cisalhamento no plano alcançar o valor indicado na equação O QUE PRECISO CONHECER Geotecnia II Ensaios de laboratório de solo em diversas condições de drenagem para estimar os parâmetros de resistência ao cisalhamento Efeito de amolgamento na resistência ao cisalhamento de solos coesivos Efeito de variação da resistência ao cisalhamento dependendo da direção da aplicação de carga Onde irão se formar os planos de ruptura e quais as tensões atuantes Utilização de cisalhamento de palheta para obter a resistência ao cisalhamento de solos saturados coesivos Técnicas de estabilização de encostas UNIVERSIDADE DO ESTADO DE MATO GROSSO CAMPUS DE SINOP DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL SINOP MT 2023 Profª Andyara Ferreira Lemes ENSAIOS DE RESISTÊNCIAAO CISALHAMENTO DOS SOLOS GEOTECNIA II PRENSA DO ENSAIO DE CISALHAMENTO DIRETO Geotecnia II DEFLECTÔMETROS LVDTS ANEL DINAMOMÉTRICO PRENSA DO ENSAIO DE CISALHAMENTO DIRETO Geotecnia II DEFLECTÔMETROS CÉLULA DE CARGA ANEL DINAMOMÉTRICO ENSAIO DE CISALHAMENTO DIRETO Geotecnia II Fonte httpswwwyoutubecomwatchvF6EIjIX3EHM Fonte httpswwwyoutubecomwatchvuhtkZhqt3L0 EXERCÍCIO 14 Geotecnia II Com uma amostra de solo arenoso foram realizados 3 ensaios de cisalhamento direto obtendo se os resultados apresentados abaixo 𝜏𝜏 dl 𝜎𝜎1 50 KPa 𝜎𝜎2 100 KPa 𝜎𝜎3 200 KPa T N Corpo de prova Tensão norma kPa Tensão de cisalhamento kPa 1 50 30 2 100 61 3 200 119 Ensaio de cisalhamento direto Geotecnia II Corpo de prova Tensão norma kPa Tensão de cisalhamento kPa 1 50 30 2 100 61 3 200 119 Ensaio de cisalhamento direto Com o ensaio de cisalhamento direto é possível determinar a função linear de resistência ao cisalhamento de um determinado solo a sua coesão c e o ângulo de atrito interno do solo φ Geotecnia II Corpo de prova Tensão norma kPa Tensão de cisalhamento kPa 1 50 30 2 100 61 3 200 119 Ensaio de cisalhamento direto Uso do Excel para gerar o gráfico Geotecnia II Corpo de prova Tensão norma kPa Tensão de cisalhamento kPa 1 50 30 2 100 61 3 200 119 Ensaio de cisalhamento direto Uso do Excel para gerar a linha de tendência envoltória Geotecnia II Corpo de prova Tensão norma kPa Tensão de cisalhamento kPa 1 50 30 2 100 61 3 200 119 Ensaio de cisalhamento direto Uso do Excel para gerar o equação da reta que neste caso também tem coesão 0 em razão do tipo de material y 05981x 0 20 40 60 80 100 120 140 0 50 100 150 200 250 Tensão de cisalhamento Tensão normal EXERCÍCIO 15 Geotecnia II Corpo de prova Tensão norma kPa Tensão de cisamento kPa 1 50 30 2 100 61 3 200 119 Ensaio de cisalhamento direto x 200 y 11962 𝜏𝜏 𝜎𝜎 𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡φ 𝑐𝑐𝑐𝑐 𝑐𝑐𝑡𝑡 𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡φ 11962 200 05981 𝑡𝑡𝑎𝑎𝑐𝑐𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡05981 3088 φ O ângulo de atrito interno φ é uma propriedade do material solo Utilizando a equação Para y 05981x Logo φ 3088 VALORES TÍPICOS DE ÂNGULO DE ATRITO Geotecnia II Fonte Das e Sobhan 2019 O valor de c para areia e silte inorgânico é 0 Em argilas normalmente adensadas c pode ser aproximadamente zero As argilas sobreadensadas têm valores de c maiores que zero ENSAIO DE CISALHAMENTO DIRETO Geotecnia II O ensaio de cisalhamento direto não permite a determinação de parâmetros de deformabilidade do solo nem mesmo do módulo de cisalhamento Para isto seria necessária a realização de ensaios de cisalhamento simples que são de difícil execução O controle das condições de drenagem é difícil pois não há como impedi la Ensaios em areias são feitos sempre de forma a que as pressões neutras se dissipem e os resultados são considerados em termos de tensões efetivas No caso de argilas podese realizar ensaios drenados que são lentos ou não drenados Neste caso os carregamentos devem ser muito rápidos para impossibilitar a saída da água Pelas restrições anteriormente descritas o ensaio de cisalhamento direto é considerado menos interessante do que o ensaio de compressão triaxial Entretanto pela sua simplicidade ele é muito útil quando se deseja medir apenas a resistência e principalmente quando se deseja conhecer a resistência residual ENSAIO DE CISALHAMENTO DIRETO Geotecnia II Entretanto pela sua simplicidade ele é muito útil quando se deseja medir apenas a resistência e principalmente quando se deseja conhecer a resistência residual Geotecnia II ESTUDO DE CASO Figura 2 Mapa de situação Figura 3 Volume 3 Memória Justificativa Geotecnia II CONTEXTUALIZAÇÃO Mapa de elevação Fonte Adaptado de Google Earth 2020 Identificação dos trechos analisados Fonte Adaptado de Google Earth 2020 2010 Licitação das obras de duplicação da BR163MT Geotecnia II PROBLEMA Disponível em httpswwwyoutubecomwatchvSZDevUXNA3I Escorregamento na Rodovia BR163364MT Esquema do escorregamento circular Disponível em httpigeologicocombrprocessosde dinamicasuperficialmovimentosdemassa 2014 Inauguração de parte da duplicação na Serra da Caixa Furada Disponível em httpswwwagroolharcombrnoticiasexibiraspid16403noticiatrechodaserradacaixafuradaemnobrespodedesabarprodutores tememacidenteseprejuizosvejafotos A respeito de notícias veiculadas em canais de comunicação sobre um deslizamento de encosta na Rodovia BR163364MT na região da Serra do Tombador Caixa Furada no município de Nobres o Departamento Nacional de Infraestrutura de Transportes DNIT esclarece que no final do mês de abril deste ano coincidente com o fim do período chuvoso o aterro no citado ponto cedeu em decorrência de problemas relacionados a natureza do solo local e do afloramento do lençol freático Equipes de profissionais do quadro de servidores desta autarquia especialistas em geotécnica contenções efetuaram inspeções no local Foram também realizadas sondagens e demais estudos cabíveis para definição de solução técnica para a contenção da encosta e reconstrução do pavimento O segmento está sendo diariamente monitorado por técnicos residentes não apresenta riscos iminentes e nos próximos 20 dias os trabalhos para a reconformação serão iniciados O trânsito no local atualmente está operando em pista simples devidamente sinalizado sem restrições Geotecnia II Instabilidade do solo logo após conclusão de trecho duplicado na BR163MT Geotecnia II VOLUME 3 MEMÓRIA JUSTIFICATIVA BR163MT Geotecnia II VOLUME 3 MEMÓRIA JUSTIFICATIVA BR163MT Geotecnia II ENSAIO DE CISALHAMENTO DIRETO BR163MT Geotecnia II DADOS DA MEMÓRIA DE CÁLCULO BR163MT Geotecnia II TÉCNICAS DE CONTENÇÃO UTILIZADAS Trecho A 330 m Fonte DNITMT Trecho A com Muro de Gabião com 53 m de extensão 2018 Liberação do tráfego em 10 km de duplicação no trecho da Serra da Caixa Furada em NobresMT Geotecnia II Muro de Gabião Detalhe do Muro de Gabião no Trecho F localizado na BR 163MT Fonte Adaptado de Google Earth 2021 Detalhe do Projeto Volume 2 Estabilização de Maciço Trecho F Prancha FEST0104 Fonte DNITMT TÉCNICAS UTILIZADAS Geotecnia II Cortina Atirantada Detalhe da Cortina de Concreto Armado Atirantada e Estaqueada no Trecho BC localizado na BR163MT Fonte Adaptado de Google Earth 2021 Detalhe do Projeto Volume 2 Cortina de Concreto Armado Atirantada e Estaqueada Trecho BC Prancha BCEST0106 e BCEST0206 TÉCNICAS UTILIZADAS Fonte DNITMT Geotecnia II Trecho DE 240 m 260 m Fonte Adaptado de Google Earth 2021 Trecho DE na Serra da Caixa Furada com 240 m 260 m de extensão Disponível em httpswwwyoutubecomwatchvSZDevUXNA3I Escorregamento na Rodovia BR163364MT TÉCNICAS UTILIZADAS Geotecnia II Disponível em httpswwwyoutubecomwatchvSZDevUXNA3I Escorregamento na Rodovia BR163364MT Detalhe da Cortina de Concreto Armado Atirantada e Estaqueada no Trecho DE localizado na BR163MT Fonte Adaptado de Google Earth 2021 Cortina Atirantada Retaludamento TÉCNICAS UTILIZADAS Grupos Tipos de Obras Cortes Taludes contínuo e escalonado Cortinas atirantadas Concreto armado ancorados por tirantes de barra cordoalhas eou fios para contenções Subgrupos Obras com estrutura de contenção Outras soluções de contenção Obras sem estrutura de contenção Retaludamento Geotecnia II Trecho I 1300 m Fonte DNITMT Trecho I na Serra da Caixa Furada com 1300 m de extensão TÉCNICAS UTILIZADAS Geotecnia II Detalhe do Projeto Volume 2 Projeto Contenção Muro de Impacto Trecho I Prancha IEST0202 Fonte DNITMT Muro de Impacto Detalhe do Muro de Impacto no Trecho I localizado na BR 163MT Fonte DNITMT TÉCNICAS UTILIZADAS Grupos Tipos de Obras Concreto armado Subgrupos Obras com estrutura de contenção Muro de arrimo Concreto ENSAIOS Geotecnia II Ensaio de compressão triaxial diversas condições de drenagem PRENSA TRIAXIAL ESTÁTICA Geotecnia II ENSAIO TRIAXIAL UU NÃO ADENSADO NÃO DRENADO NORMA ASTM D2850 ENSAIO TRIAXIAL CD ADENSADO E DRENADO NORMA ASTM D7181 ENSAIO TRIAXIAL CU ADENSADO NÃO DRENADO NORMAASTM D4767 PRENSA TRIAXIAL ESTÁTICA Geotecnia II ENSAIO TRIAXIAL CD ADENSADO E DRENADO NORMAASTM D7181 O Ensaio Triaxial do tipo CD é realizado permitindo a drenagem do corpo de prova de forma a dissipar a pressão neutra sendo seu parâmetro de resistência obtidos em termos de tensão efetiva O Ensaio Triaxial CD é indicado nos cenários de projetoobra que permitam em termos de prazo aguardar a estabilidade do maciço quando constituído por solos argilosos ou no caso de predomínio de solos arenosos em sua composição ENSAIO TRIAXIAL CD ADENSADO E DRENADO Geotecnia II 1º O ensaio consiste em colocar a amostra em câmara de ensaio envolta por uma membrana de borracha Após preenchimento da câmara com água procedese a saturação do corpo de prova com aplicação de carga de confinamento e contrapressão até obtenção do Parâmetro B acima de 95 o qual define a condição de saturação do corpo de prova 2º O segundo estágio do ensaio consiste no Adensamento a qual se aplica uma pressão de confinamento e realizase a consolidação do corpo de prova para dissipação da poropressão 3º etapa do ensaio a Compressão Axial com a válvula de drenagem aberta Nesta fase aplicase um carregamento vertical até a ruptura do corpo de prova A velocidade do ensaio é lenta definida em função da amostra com o propósito de evitar que se gere poropressão PRENSA TRIAXIAL ESTÁTICA Geotecnia II Fonte httpswwwyoutubecomwatchvuJguMynbwtQ PRENSA TRIAXIAL ESTÁTICA Geotecnia II ENSAIO TRIAXIAL CU ADENSADO NÃO DRENADO NORMAASTM D4767 O Ensaio Triaxial do tipo CU é realizado não possibilitando adensamento adicional na ruptura do corpo de prova sendo seus parâmetros de resistência apresentados em termos de tensões totais e efetivas O Ensaio Triaxial CU é o mais comum para obtenção dos parâmetros do solo Ele é indicado nos cenários de projetoobra de carregamento rápido mas também se tornou uma maneira mais rápida de obter os parâmetros efetivos em amostras argilosas PRENSA TRIAXIAL ESTÁTICA Geotecnia II ENSAIO TRIAXIAL UU NÃO ADENSADO NÃO DRENADO NORMAASTM D2850 O Ensaio Triaxial do tipo UU não permite adensamento do corpo de prova em nenhuma fase do ensaio sendo sua interpretação em termos de tensão totais O ensaio triaxial UU é indicado para obras de aterros em solos solos argilosos abaixo de fundações e estrutura de terra em cortes provisórios ENSAIOS EM CAMPO Geotecnia II Ensaio de palheta ou Vane Shear Test ENSAIOS EM CAMPO Geotecnia II Ensaio de penetração estática do cone CPT ou Piezocone Penetration Test CPTu Resistência de ponta qc Atrito lateral fs Poropressão pressão da água nos espaços vazios entre as partículas sólidas do solo Disponível em httpswwwcivilsolocombrensaiosdecptecptu EXEMPLO RESULTADO PIEZOCONE PENETRATION TEST CPTu Geotecnia II