Trabalho de Mec Solos 2

1 UNIVERSIDADE FEDERAL DE MINAS GERAIS UFMG E S C O L A D E E N G E N H A R I A Av Antônio Carlos 6627 CEP 31270901 Belo Horizonte MG Fundamentos de Geotecnia II e Mecânica dos Solos II Análise de Estabilidade de Taludes VALOR 25 PONTOS Este documento apresenta as orientações para a escrita e desenvolvimento do primeiro trabalho da disciplina em trio no formato pdfdigital via moodle com finalidade avaliar o aprendizado dos conteúdos de Análise de Estabilidade de Taludes ORIENTAÇÕES FORMATAÇÃO a Um texto contendo todos os quesitos pedidos deve ser elaborado respeitando a sequência em que foram pedidos ATENÇÃO o item não identificado na sequência será considerado faltante e cada item faltante representará 5 pontos a menos no valor final do trabalho b As páginas deverão ser numeradas na sua parte inferior com números alinhados à direita exceto a capa que não conterá numeração c Esta capa deve ter o nome e matrícula dos alunos que elaboram o trabalho Nomes de integrantes que não estiverem na capa do trabalho não receberão nota e não serão aceitos pedidos de inclusão de nome após o envio do arquivo d A avaliação será baseada na qualidade do texto e na capacidade de atender às regras especificadas e Toda memória de cálculo deve ser apresentada de forma organizada e coerente com a resolução do problema Ou seja todas as equações utilizadas nos cálculos devem ser apresentadas ORIENTAÇÕES TÉCNICAS Problemática Você é o engenheiro responsável pelas avaliações da estabilidade dos taludes de uma cava de mineração conforme a Figura 1 Para cada estrutura estudada pedese 2 Figura 1 Planta e localização dos problemas de estabilidade encontrados na cava de mineração Os sistemas de monitoramento dos taludes passaram a indicar movimentação nas 4 áreas destacadas acima para cada uma delas deve ser realizado uma análise de estabilidade específica I Área 1 A Figura 2 apresenta uma imagem do local após uma ida em campo e a Figura 3 apresenta o perfil topográfico e a indicação do mergulho do plano de 3306 Os ensaios de cisalhamento direto do tipo DDS indicaram uma coesão de 10kPa e um ângulo de atrito de 1867 para esta região e um peso específico de 20kPa 5 pontos 3 Figura 2 Foto da instabilidade do talude da Área 1 Figura 3 Geometria do talude e do plano encontrado no talude da Área 1 a Indique qual tipo de ruptura está ocorrendo no local e qual a metodologia para cálculo do Fator de Segurança deve ser adotada b Determine o FS para este talude e indique a solução para mitigação desta instabilidade Leve em consideração que a instabilidade está ocorrendo no talude em solo no topo da cava e que há uma distância de 5m do topo passa uma estrada II Área 2 Já na área 2 foram observadas trincas de tração no maciço de rocha alterada extremamente alterada com um talude de inclinação média de 55 com uma altura de 15 metros apresentando uma coesão de 15kPa e um ângulo de atrito do material de 32 e um peso específico de 22kPa Além disso em campo foram observadas surgências de água no pé do talude mas o lençol freático atinge o topo do talude há uma distância de 120 metros da crista do talude 5 pontos 4 c Indique qual tipo de ruptura está ocorrendo no local e qual a metodologia para cálculo do Fator de Segurança deve ser adotada d Determine o FS para este talude e indique a solução para mitigação desta instabilidade III Área 3 A Figura 4 apresenta o perfil topográfico e geotécnico da Área 3 Sabese que nesta área o solo possui como características resistiva uma coesão de 15kPa e um ângulo de atrito de 26 um peso específico natural de 18 kNm³ e um peso específico saturado de 192kNm³ Abaixo deste se encontra uma capa de solo residual maduro com características resistiva uma coesão de 15kPa e um ângulo de atrito de 26 um peso específico natural de 23kNm³ e um peso específico saturado de 238kNm³ Os INAS Indicadores de Nível de Água existentes no talude indicam que o Nível de água se encontra no contato entre o solo residual jovem e a rocha pouco alterada 5 pontos Figura 4 Perfil esquemático do talude da Área 3 e Indique qual tipo de ruptura está ocorrendo no local e qual a metodologia para cálculo do Fator de Segurança deve ser adotada f Determine o FS para este talude e indique a solução para mitigação desta instabilidade IV Área 4 Os problemas de instabilidade encontrados na Área 4 observados no campo no topo da cava se dão na área em que recentemente iniciouse a escavação A Figura 4 indica o perfil 5 geológicogeotécnico estabelecido com base na topografia e na realização duas sondagens do tipo SPT assim como o traçado no Nível de Água para esta seção Para todos os solos do local foram realizados ensaios de caracterização e de resistência resumidos na Tabela 1 10 pontos Tabela 1 Parâmetros dos materiais observados no perfil geológico geotécnico Solo Peso específico natural kNm³ Peso específico saturado kNm³ c KPa cKPa Transportado 1 17 175 12 30 951 31 Transportado 2 17 18 13 29 12 30 Residual 1 19 199 17 34 15 35 Residual 2 18 187 17 30 15 31 g Indique qual tipo de ruptura está ocorrendo no local e qual a metodologia para cálculo do Fator de Segurança deve ser adotada h Determine o FS para este talude e indique a solução para mitigação desta instabilidade 6 Como esta é a situação mais crítica e complexa da análise sugerese que seja utilizado um software para a análise neste caso recomendase Slide2D da Rocsiense ou Slope do Geoestúdio ou outro gratuito a A ruptura é do tipo planar em cunha e o FS deve ser calculado pelo método de Cullman b Para a determinação do FS temos que A tensão cisalhante solicitante é tbβ91 6 2146 β5573 τaHγsin βθsin θ 2sinβ 9120sin 557333 6sin 336 2sin55 73 2295 KPa A tensão resistente é τrc σ tg 103455tg18672167 A tensão normal na cunha é σ Hγsin βθ cosθ 2sinβ 9120sin 5573336cos 336 2sin5573 3455 KPa Assim o fator de segurança é FS τr τ A2167 2295094 Para mitigar a instabilidade do talude que apresenta um Fator de Segurança de 097 é necessário adotar medidas que aumentem sua estabilidade e garantam a segurança da estrada localizada no topo da cava A primeira ação recomendada é reduzir a inclinação do talude tornandoo mais suave Isso diminui os esforços de cisalhamento e melhora o equilíbrio do sistema A implementação de sistemas de drenagem também é essencial pois a redução das pressões de poro contribui para aumentar a resistência ao cisalhamento do solo c Com base nas observações descritas a presença de trincas de tração no maciço de rocha extremamente alterada associada a um talude inclinado a 55 e surgências de água no pé do talude indica que o local apresenta um potencial de ruptura rotacional circular d Para a utilização do ábaco temos que c γHtg 150 2215tg55 318 Temos que Considerando a coesão temos que FS c γH4 150 22154 113 Considerando o ângulo de atrito FStg 115 tg 55 115 124 Assim temos que FS124 Para mitigar a instabilidade do talude que apresenta trincas de tração em um maciço de rocha extremamente alterada inclinação média de 55 e influência de água devido às surgências no pé do talude e ao lençol freático elevado diversas medidas devem ser implementadas A primeira ação recomendada é o controle do lençol freático por meio de drenagem Isso pode ser alcançado com a instalação de drenos subhorizontais ao longo do talude que captam e direcionam a água para fora da massa instável e trincheiras drenantes na base do talude para interceptar as surgências Além disso a drenagem superficial no topo deve ser melhorada para evitar infiltrações diretas de água da chuva Ajustes na geometria do talude também são essenciais para aumentar a estabilidade Reduzir a inclinação para valores mais baixos como 35 a 40 ajuda a diminuir os esforços de cisalhamento e A metodologia é a do talude infinito f O fator de segurança é tg i 75 160046 i2511 FScγsubHcos 2itg γsatHsin icos i 151921075cos 225 11tg26 19275sin 2511cos2511 052 Para mitigar a instabilidade do talude infinito descrito que apresenta um Fator de Segurança FS de 057 é fundamental adotar estratégias que aumentem a resistência ao cisalhamento do solo reduzam os esforços atuantes e controlem os efeitos do nível de água elevado Primeiramente devese implementar sistemas de drenagem para reduzir a pressão de poro e minimizar o impacto do nível de água elevado localizado na interface entre o solo residual jovem e a rocha pouco alterada Drenos subhorizontais podem ser instalados ao longo do talude para facilitar o escoamento da água acumulada Além disso a construção de trincheiras drenantes na base do talude ajudará a captar e direcionar a água subterrânea para fora da área instável Para evitar infiltrações adicionais é recomendável implementar drenagem superficial com canais ou valetas revestidas capazes de controlar o escoamento da água pluvial g O tipo de ruptura é circular e deve ser analizada por métodos que comtemplem esse tipo de ruptura através de programas h Para mitigar os problemas de instabilidade identificados na Área 4 onde o Fator de Segurança FS foi calculado como 097 é necessário adotar medidas que aumentem a estabilidade do talude considerando as características geológicogeotécnicas da área o nível de água elevado