Mecanica dos Solos II - Livro Tecnico para Estudantes de Engenharia

1 MECÂNICA DOS SOLOS II Prof Esp Luiz Gustavo F Julião 2 MECÂNICA DOS SOLOS II PROF ESP LUIZ GUSTAVO FERNANDES JULIÃO 3 Diretor Geral Prof Esp Valdir Henrique Valério Diretor Executivo Prof Dr William José Ferreira Ger do Núcleo de Educação a Distância Profa Esp Cristiane Lelis dos Santos Coord Pedag da Equipe Multidisciplinar Profa Esp Gilvânia Barcelos Dias Teixeira Revisão Gramatical e Ortográfica Profa Esp Izabel Cristina da Costa Profa Esp Imperatriz Matos Revisão técnica Profa PhD Fabiana Grecco RevisãoDiagramaçãoEstruturação Bruna Luíza Mendes Leite Fernanda Cristine Barbosa Prof Esp Guilherme Prado Design Bárbara Carla Amorim O Silva Élen Cristina Teixeira Oliveira Maria Eliza P Campos 2021 Faculdade Única Este livro ou parte dele não podem ser reproduzidos por qualquer meio sem Autoriza ção escrita do Editor Ficha catalográfica elaborada pela bibliotecária Melina Lacerda Vaz CRB 62920 4 MECÂNICA DOS SOLOS II 1 edição Ipatinga MG Faculdade Única 2021 5 Engenheiro Agrícola com sólidos conhe cimentos técnicos nas áreas de solos abran gendo as subáreas de Pedologia e Geotecnia e Mecânica dos Solos com experiência de ensino pesquisa e atividades laboratoriais Também apresento atuação nas subáreas Saneamento e Recursos Hídricos Conforme necessidades provenientes da formação técnicocientífica e das atividades pertinentes ao ensino apre sento competências no desenvolvimento de relatórios técnicos textos orientações ensino oralidade e comunicação pública Aptidão para trabalhos em equipe com demandas analíticas ou com metas e cumprimento de prazos LUIZ GUSTAVO F JULIÃO Para saber mais sobre a autora desta obra e suas quali ficações acesse seu Curriculo Lattes pelo link httplattescnpqbr6394500676319287 Ou aponte uma câmera para o QRCODE ao lado 6 LEGENDA DE Ícones Tratase dos conceitos definições e informações importantes nas quais você precisa ficar atento Com o intuito de facilitar o seu estudo e uma melhor compreensão do conteúdo aplicado ao longo do livro didático você irá encontrar ícones ao lado dos textos Eles são para chamar a sua atenção para determinado trecho do conteúdo cada um com uma função específica mostradas a seguir São opções de links de vídeos artigos sites ou livros da biblioteca virtual relacionados ao conteúdo apresentado no livro Espaço para reflexão sobre questões citadas em cada unidade associandoos a suas ações Atividades de multipla escolha para ajudar na fixação dos conteúdos abordados no livro Apresentação dos significados de um determinado termo ou palavras mostradas no decorrer do livro FIQUE ATENTO BUSQUE POR MAIS VAMOS PENSAR FIXANDO O CONTEÚDO GLOSSÁRIO 7 UNIDADE 1 UNIDADE 2 UNIDADE 3 UNIDADE 4 SUMÁRIO 11 Círculo de Mohr e critérios de resistência de MohrCoulomb 10 12 Resistência dos solos arenosos argilosos e parcialmente saturados 11 13 Ensaios de cisalhamento e caso prático 14 FIXANDO O CONTEÚDO 18 21 Coeficientes de empuxo repouso passivo e ativo 23 22 Teoria de Rankine 26 23 Teoria de Coulomb 32 FIXANDO O CONTEÚDO 34 31 Estrutura de contenção 38 32 Influência da água 42 33 Dimensionamento de muro de arrimo condições de estabilidade 44 FIXANDO O CONTEÚDO 48 RESISTÊNCIA AO CISALHAMENTO EMPUXO DE TERRAS MUROS DE ARRIMO 41 Classificação e causas dos movimentos 53 42 Métodos das fatias 56 43 Métodos de Fellenius e Simplificado de Bishop 58 FIXANDO O CONTEÚDO 61 ESTABILIDADE DE TALUDES 51 Tipos de barragens 68 52 Elementos de uma barragem 70 53 Drenagem em barragens 72 FIXANDO O CONTEÚDO 74 BARRAGENS DE TERRA UNIDADE 5 61 Conceito tipos e propriedades 79 62 Geossintéticos em drenos e filtros 82 63 Geossintéticos em disposição de resíduos 83 FIXANDO O CONTEÚDO86 RESPOSTAS DO FIXANDO O CONTEÚDO 90 REFERÊNCIAS 91 GEOSSINTÉTICOS UNIDADE 6 8 CONFIRA NO LI VRO UNIDADE 1 Nesta unidade vamos estudar a resistência que um solo possui em oferecer ruptura quando está sob carregamento externo Nesse sentido devese equacionar diversas solicitações implicadas na obra e apurar se o solo resiste a estas demandas determinandose a resistência ao cisalhamento impulsionada pelo solo UNIDADE 2 Muitas obras de terra necessitam de uma contenção seja um muro de arrimo cortinas atirantadas paredes de subsolos ou estacasprancha e a compreensão de empuxo de terra se torna importante para que o solo não entre em colapso Serão abordados os teoremas de Rankine e de Coulomb para resoluções de problemas que envolvem a distribuição de cargas horizontais empuxo UNIDADE 3 Nesta unidade o entendimento de muros de arrimo se torna necessário em muitas obras de engenharia que envolvem solos porém os custos são altos e os vários tipos de contenções envolvidas no dimensionamento precisam ser avaliados considerando as questões socioambientais do local onde serão construídas essas grandes estruturas UNIDADE 4 O estudo de estabilidade de taludes é fundamental para o entendimento das ocorrências de deslizamentos e para estabelecer os principais métodos de estabilização de taludes e encostas UNIDADE 5 O solo como material de construção é utilizado há milênios pela sociedade em várias regiões do mundo Nesta unidade vamos entender quais são os tipos de barragens de solos como é o seu funcionamento e dimensionamento UNIDADE 6 Para finalizar os nossos estudos com o uso de terra para construção os materiais geossintéticos são específicos para resolver problemas em geotecnia como por exemplo a drenagem e os filtros em obras de taludes e barragens na conservação de encostas e na proteção do solo em aterros sanitários UNIDADE 01 RESISTÊNCIA AO CISALHAMENTO 10 11 CÍRCULO DE MOHR E CRITÉRIOS DE RESISTÊNCIA DE MOHRCOULOMB Para que os solos possam suportar e conservar sua estabilidade essas características dependem da resistência ao cisalhamento do solo ou seja todo maciço de solo se colapsa a partir do momento em que essa resistência é extrapolada Toda obra geotécnica estabilidade de taludes empuxos de terra barragens de terra capacidade de carga de sapatas e estacas depende das propriedades da resistência ao cisalhamento pois pode ocorrer ruptura Sendo assim a ruptura de um solo se efetiva por cisalhamento através de uma superfície de ruptura pela qual ocorre o deslizamento de uma parte do solo sobre uma zona de apoio que permanece estática Isto é no momento da ruptura e por toda a extensão longitudinal da superfície de ruptura ocorre um vínculo entre a tensão normal ou tensão de compressão e a tensão tangencial ou tensão de cisalhamento A maior parte dos problemas de Mecânica dos Solos permite soluções considerando um estado de tensões no plano em outras palavras utilizase de um estado plano de tensões ou estado duplo de tensões σ1 e σ3 que são nesta ordem tensão principal maior e tensão principal menor Sabendose a grandeza e a direção da tensão principal maior e da tensão principal menor Figura 1 tornamse possíveis as tensões normal e cisalhante em qualquer outra direção baseadas nas seguintes equações Figura 1 Representação do estado de tensões através do círculo de Mohr Fonte Adaptado de Pinto 2006 Nos estudos de tensões em todos os planos atravessando por um ponto podem ser expressos graficamente em um sistema de coordenadas onde as abscissas são as tensões normais e as coordenadas são as tensões de cisalhamento assim sendo o Círculo de Mohr é uma forma gráfica de resolver um estado de tensões e deformações Para entendermos os critérios de resistências de MohrCoulomb é necessária a compreensão de dois parâmetros envolvidos o ângulo de atrito interno Φ e a coesão O atrito é função da interação entre duas superfícies na região de contato De acordo com Caputo e Caputo 2015 nos solos não existe uma superfície nítida de contato porém há uma infinidade de contatos pontuais Ainda sobre o tema a ocorrência de atrito nos solos diferenciase da existência de atrito entre dois corpos porque a movimentação envolve muitos grãos que podem deslizar entre si ou rolar uns sobre os outros se ajustando em vazios que encontram no percurso PINTO 2006 O processo de resistência ao cisalhamento do solo é sobretudo em função do atrito Contudo existe uma atração química entre os grãos promovendo dessa forma 11 uma coesão entre eles e essa coesão pode ser aparente ou real também chamada de coesão verdadeira A coesão aparente é consequência da pressão capilar da água nos solos formando meniscos de água entre as partículas dos solos não saturados que tendem a aproximá las entre si A coesão aparente constitui uma parcela da resistência ao cisalhamento de solos parcialmente saturados FREDLUND RAHARDJO 1993 A coesão real ou coesão verdadeira é resultado do efeito de forças eletroquímicas de atração de agentes cimentantes tais como taxas de óxidos e argilas Para a maioria dos problemas de Mecânica dos Solos é considerável aproximar a tensão de cisalhamento no plano de ruptura como função linear da tensão normal também conhecida como a Lei de Coulomb que pode ser escrita e representada conforme a figura 2 abaixo Figura 2 Representação gráfica da resistência ao cisalhamento do solo Fonte Acervo pessoal do Autor 2021 Onde resistência ao cisalhamento kPa c coesão kPa σ tensão normal do plano de ruptura kPa φ ângulo de atrito interno A resistência do solo é a capacidade de suportar forças sem apresentar falhas ou então a máxima tensão que um solo pode suportar sem ocorrer falha Já a resistência ao cisalhamento é proporcionada por forças de atrito do efeito de liga ções moleculares nos planos de contato FIQUE ATENTO 12 RESISTÊNCIA DOS SOLOS ARENOSOS ARGILOSOS E PARCIALMENTE SATURADOS Segundo Taylor coesão e ângulo de atrito interno do solo não são parâmetros constantes do solo mas coeficientes empíricos que podem variar em largos intervalos para um determinado solo de acordo com as diversas condições possíveis de pré compressão drenagem adensamento entre outras variáveis Esses parâmetros c e φ se comportam diferentemente quando se observam solos diferentes arenosos argilosos e parcialmente saturados Para os solos de textura grosseira a fração areia é superior a 50 ou seja a 12 porcentagem de finos não interfere significativamente no comportamento do conjunto Para esses solos considerase que a coesão é inexistente A influência se dá pelo φ e os fatores que influenciam este paramento são compacidade a forma das partículas e a granulometria Antes de atingir a ruptura quando se submete uma amostra de solo arenoso ao ensaio de cisalhamento constatase que influenciado pelo seu grau de compacidade ela aumenta ou diminui de volume A linha entre esses dois estados de compacidade areia fofa e areia compacta é chamada de índice de vazios crítico da areia Se a areia estiver com índice de vazios menor do que o crítico ela precisará se dilatar para romper e se o índice de vazios for maior do que o crítico a areia romperá ao se comprimir O índice de vazios crítico pode ser alcançado experimentalmente executandose ensaios triaxiais sob mesmo valor de tensão confinantes e alterando o índice de vazios inicial conforme a Figura 3 Figura 3 Obtenção experimental do índice de vazios crítico Fonte Pinto 2006 Os solos arenosos comumente apresentam envoltória de resistência linear com intercepto nulo Em obras comuns de engenharia as tensões que ocorrem são da ordem de grandeza de 100 kPa a 200 kPa e os valores típicos de ângulos de atrito interno estão apresentados na tabela 1 abaixo Tipos de areia Variação da compacidade Fofo Compacto Areias bem graduadas Grãos angulares 37 47 Grãos arredondados 30 40 Areias mal graduadas Grãos angulares 35 43 Grãos arredondados 28 35 Tabela 1 Variação de valores típicos de ângulos de atrito interno de solos arenosos Fonte Adaptado de Marongon 2018 13 Ao contrário do que se apresenta nas areias não é tão simples a compreensão da resistência ao cisalhamento de solos argilosos sendo os fatores que influenciam diretamente na resistência de solos finos o estado de adensamento do solo a sensibilidade da sua estrutura as condições de drenagem e a velocidade de aplicação das cargas externas Nesse sentindo devido à sua complexidade é importante distinguir os resultados experimentais atingidos em argilas saturadas e parcialmente saturadas Ao analisar o gráfico Figura 4 que trata de diferentes ensaios com argilas saturadas ensaio lento ensaio rápido e ensaio préadensado observase que as linhas envoltórias de ruptura dessas argilas saturas nos ensaios lento e préadensado as curvas se assemelham demonstrando uma reta que passa pela origem quando as pressões são maiores que a de préadensamento σa ou seja nessas condições as argilas saturadas funcionam como solos não coesivos semelhantes aos solos arenosos Figura 4 Representação das linhas envoltórias de ruptura de argilas saturadas sob diferentes ensaios Fonte Caputo e Caputo 2015 Como nos ensaios rápidos não se faz a drenagem da água o índice de vazios da amostra será sempre o mesmo e como resultado não exercerão pressões efetivas Vale lembrar que as tensões efetivas é que causam resistência ao cisalhamento do solo então a resistência será sempre a mesma Nos solos parcialmente saturados as envoltórias decorrentes dos diferentes ensaios têm formas distintas das obtidas para as argilas saturadas Figura 5 Os solos saturados são solos compactados com redução de índice de vazios normalmente são os que se encontram em muitas obras de engenharia principalmente aterros de estradas e barragens de terra Figura 5 Representação da linha envoltória de ruptura de argilas parcialmente saturadas Fonte Caputo e Caputo 2015 14 O que diferencia efetivamente o comportamento dos dois materiais solo argiloso e solo arenoso é a compressibilidade perante as tensões confinantes Enquanto as argilas so frem sensíveis reduções de índice de vazios acima das tensões de préadensamento isso não ocorre com as areias Por outro lado enquanto a envoltória de resistência das areias passa pela origem a envoltória das argilas apresenta um pequeno valor positivo para a tensão normal nula Essas pequenas diferenças seriam suficientes para se fazer uma distinção tão grande entre os materiais a ponto de se chamarem as areias de solos não coesivos e as argilas de solos coesivos Certamente que não Essas expressões antecedem a própria ciência da Mecânica dos Solos quando não havia o entendimento do efeito da pressão neutra no comportamento dos solos e se referem aos solos observados em termos de tensões totais As areias geralmente têm condições de drenagem durante o carregamento e portanto quando se observa seu comportamento perante as tensões totais aplicadas o que se ve rifica é na realidade o seu comportamento perante as tensões efetivas pois as pressões neutras são nulas Com relação às argilas nos problemas de campo não há tempo para a dissipação das pressões neutras e embora fisicamente a resistência seja determinada pelas tensões efetivas o comportamento visível em termos de tensões totais sugere que elas sejam material coesivo cuja resistência independe da tensão normal Curso Básico de Mecanica dos solos Capítulo 14 página 300301 PINTO 2006 VAMOS PENSAR 13 ENSAIOS DE CISALHAMENTO E CASO PRÁTICO Para a determinação dos diversos parâmetros de resistência ao cisalhamento do solo existem maneiras diferentes de realizar os ensaios em laboratório vamos estudar os seguintes ensaios Ensaio de cisalhamento direto Ensaio triaxial Ensaio e cisalhamento simples O ensaio de cisalhamento direto é o mais simples e mais antigo método para determinar sob uma tensão normal qual a tensão cisalhante capaz de provocar a ruptura de uma amostra de solo colocada dentro de uma caixa composta de duas partes deslocáveis entre si Figura 6a Os equipamentos de cisalhamento podem ser de tensão controlada ou de deformação controlada Figura 6b Quando se tem tensão controlada a força de cisalhamento é empregada em acréscimos iguais até que o corpo de prova atinja a ruptura Por outro lado nos ensaios controlados por deformação aplicase uma taxa fixa de deslocamento cisalhante em uma seção da caixa por um motor que opera através de engrenagens 15 Figura 6 Ensaio de cisalhamento direto a Esquema do arranjo de um ensaio de cisalhamento direto b Equipamento de cisalhamento direto Fonte Adaptado de Braja e Sobhan 2014 Suporte Solos 2021 O ensaio de cisalhamento direto embora permita encontrar os valores de coesão e ângulo de atrito interno do solo referências de entrada para cálculo de fator de segurança projetos de contenção e análise de estabilidade de fundações não permite a determinação de critérios de deformabilidade do solo ou o módulo de cisalhamento pois não se conhece a distorção provocada no ensaio Para definir a envoltória de MohrCoulomb realizase os ensaios de cisalhamento com diversas tensões normais com no mínimo três corpos de prova plotandose em um gráfico σx ͳ os pontos referentes às respectivas tensões conforme a Figura 7 abaixo Figura 7 Envoltória de ruptura obtida do ensaio de cisalhamento direto Fonte Elaborado pelo Autor 2021 Outro método para realização do cisalhamento do solo é o ensaio de compressão triaxial ou simplesmente ensaio triaxial É um dos métodos mais confiáveis e disponíveis para a determinação dos parâmetros da resistência ao cisalhamento tanto para pesquisas acadêmicas quanto para empresas geotécnicas Nesse ensaio utilizase um corpo de prova D 36 mm e h 76 mm que é envolvido por uma membrana impermeável de borracha e colocado dentro de uma câmara cilíndrica transparente preenchida por água ou glicerina O suporte superior 16 do cilindro é atravessado por um pistão que por meio de uma placa rígida efetua uma pressão à amostra Para provocar uma ruptura de cisalhamento no corpo de prova deve se colocar a tensão axial pela haste de carregamento vertical Figura 8 Ensaio triaxial em progresso no laboratório Fonte Disponível em httpsbitly3vbngzs Acesso em 20 jun 2021 Dessa forma são obtidos os pares σ1 e σ3 equivalentes à ruptura das amostras experimentadas plotamse os correspondentes círculos de Mohr na sequência identificandose a envoltória desses círculos à reta de Coulomb encontrando os valores de φ e c Dentro do método do ensaio triaxial padrão três tipos diferentes de ensaios podem ser realizados ensaio adensado drenado ou ensaio drenado ensaio CD ensaio adensado não drenado ensaio CU e ensaio não adensado não drenado ou ensaio não drenado UU No ensaio CD o corpo de prova saturado é submetido primeiramente a uma pressão de confinamento em todo o seu entorno e com isso toda a pressão neutra se dissipa tornandose desprezível Em seguida a pressão axial é aumentada lentamente a fim de que a água sob pressão possa sair Durante o ensaio a pressão neutra é quase nula e as tensões totais inseridas estabelecem as tensões efetivas que estavam processandose Para um solo argiloso este ensaio pode demorar mais de 20 dias para ser concluído Esse tempo é necessário porque a tensão desviadora Δσd dever ser aplicada detidamente assegurando a drenagem completa do corpo de prova Este tipo de ensaio não é muito frequente pelo fato de ser bastante demorado Recomendase este método para determinar a estabilidade de talude de uma barragem de terra quando o fluxo de água da barragem se estabiliza e pode ser interessante na análise da estabilidade do taludes originados de cortes em maciços de solos O ensaio triaxial CU é o tipo mais comum O corpo de prova também é submetido a uma tensão confinante inicial para a dissipação da pressão neutra Na sequência introduzemse cargas axialmente porém sem drenagem Este ensaio permite determinar a envoltória de resistência em termos de tensão efetiva num período menor que o ensaio triaxial CD Recomendase o uso deste ensaio para obter a resistência ao cisalhamento do solo do talude de montante de barragem de terra de modo a realizar a análise da estabilidade do talude de montante quando acontece o rebaixamento rápido do reservatório 17 No caso do ensaio triaxial UU a drenagem do corpo de prova do solo não é permitida durante a aplicação da pressão principal menor σ3 como a drenagem é impedida o corpo de prova se rompe ou seja é cisalhado pela aplicação da tensão desviadora Δσd Este ensaio também é conhecido como ensaio rápido por não necessitar de tempo para drenagem O ensaio triaxial não adensado e não drenado é recomendado para duas situações distintas para projetos de aterro sobre argila mole saturada e para analisar a estabilidade de talude de barragem imediatamente após o final da construção da barragem em ambos os casos o solo está saturado e deve resistir aos carregamentos externos sem a possiblidade de eliminar as pressões neutras geradas O ensaio de compressão simples uniaxial na verdade é um ensaio adaptado do ensaio de compressão triaxial com a σ3 igual a zero Isto é consiste em ensaiar corpos de provas em uma prensa aberta em que só se tem condição de aplicar a pressão axial σ1 Neste ensaio temse apenas um círculo de Mohr e ângulo de atrito φ igual a zero Contudo sua aplicação sem solos limitase a solos especialmente coesivos Os ensaios de cisalhamento de solos são realizados de forma diferente em fun ção daquilo que se pretende avaliar Nesse sentido o vídeo abaixo mostra as etapas do ensaio de cisalhamento direto o ensaio mais simples e fácil de ser realizado mas que nos oferece importantes inferências sobre o comportamento de um determinado solo Disponível em httpsbitly3lBIJhL Acesso em 20 jun 2021 BUSQUE POR MAIS 18 FIXANDO O CONTEÚDO 1 FUNDATEC2018 Adaptada Sobre a resistência ao cisalhamento do solo analise as afirmações abaixo I A resistência ao cisalhamento de um solo pode ser definida como a tensão de cisalhamento sobre o plano de ruptura na ruptura II A estabilidade de taludes aterros corte e barragens empuxos de terra sobre paredes de contenção e túneis capacidade de carga de sapatas e estacas não estão relacionadas à resistência ao cisalhamento do solo III A resistência ao cisalhamento do solo se compõe basicamente de duas componentes a coesão e o atrito entre as partículas Assinale a alternativa correta a Apenas I b Apenas II c Apenas III d Apenas I e II e Apenas I e III 2 ENADE2017 Para a avaliação da resistência ao cisalhamento dos solos emprega se comumente o critério de ruptura de MohrCoulomb que consiste na utilização do círculo de Mohr representando as solicitações e de uma envoltória que representa a resistência ao cisalhamento do solo Os círculos representam as tensões normais e cisalhantes em qualquer plano da massa de solo e a envoltória define os limites de resistência ao cisalhamento para cada um desses planos Os esquemas de 1 a 4 ilustram os círculos de Mohr e as envoltórias para quatro diferentes estados de tensão em um ponto de uma massa de solo Nos esquemas C representa a coesão do solo Φ é o ângulo de atrito σ representa as tensões normais sendo σ1 a tensão principal maior σ2 a tensão principal intermediária e σ3 a tensão principal menor e τ representa as tensões cisalhantes 19 A respeito desses esquemas avalie as afirmações a seguir I O esquema 1 corresponde a uma amostra de solo que se encontra submetida somente a uma pressão hidrostática e nesse estado a tensão de cisalhamento é nula II O esquema 2 corresponde a uma amostra de solo que excedeu a resistência ao cisalhamento em mais de um plano o que não é permitido pelo critério de Mohr Coulomb III O esquema 3 corresponde a uma amostra de solo que se encontra submetida a uma tensão cisalhante inferior à sua resistência ao cisalhamento IV O esquema 4 corresponde a uma amostra de solo que atingiu a resistência ao cisalhante em algum plano e por essa razão ocorreu ruptura É correto o que se afirma em a I e II apenas b I e III apenas c II e IV apenas d III e IV apenas e I II III e IV 3 Apresentamse abaixo os resultados de ensaios de cisalhamento direto realizados sobre uma mesma areia com peso específico de 1875 kNm3 Ensaio 1 2 3 4 5 σ kPa 25 30 50 66 100 τ kPa 18 178 28 392 62 Assinale a alternativa que representa o valor do ângulo de atrito para essa amostra de solo a Φ 307 b Φ 415 c Φ 5003 d Φ 629 e Φ 7807 4 Dado o estado de tensões da figura abaixo Os valores de tensões τ e σ que atuam no plano bb são respectivamente 20 a 25 kPa e 25 kPa b 53 kPa e 45 kPa c 71 kPa e 30 kPa d 87 kPa e 35 kPa e 13 kPa e 15 kPa 5 ELETROSUL 2010 Sobre a resistência ao cisalhamento do solo fazse as seguintes afirmações I A resistência ao cisalhamento do solo depende da trajetória de tensões II A resistência ao cisalhamento das areias fofas e argilas moles é obtida por meio de ensaios de campo III Os solos argilosos apresentam comportamento dependente das condições do solo na fase de adensamento e na fase de cisalhamento Assinale a alternativa correta a Apenas I está correta b I II e III estão corretas c Apenas II e III estão corretas d Apenas I e III estão corretas e I II e III estão incorretas 6 CESGRANRIO 2018 A resistência das areias depende de sua compacidade ou seja as areias a possuem um índice de vazios críticos que é o índice de vazios para o qual não há variação de volume durante o processo de cisalhamento b fofas expandem na ruptura em um fenômeno conhecido como dilatância para as tensões usuais em engenharia c muito compactas sob elevada tensão confinante sofrem liquefação devido à queda abrupta da poropressão d uniformes em comparação com areias mal graduadas terão uma compactação mais eficiente e bem graduadas apresentam menor resistência ao cisalhamento que as areias mal graduadas para as mesmas condições de confinamento 7 ESAF 2013 para avaliar o comportamento do solo são empregados ensaios de laboratório de modo a se determinar parâmetros de resistência e deformabilidade Com relação aos ensaios de laboratório analise as afirmativas I O ensaio de cisalhamento direto não permite a determinação do módulo de cisalhamento II No ensaio de compressão triaxial adensado não drenado CU a pressão neutra durante o ensaio é praticamente nula e as tensões totais aplicadas indicam as tensões efetivas III O ensaio de compressão edométrica avalia a compressibilidade e a resistência dos 21 solos É correto o que se afirma em a III b II c I d I e II e II e III 8 Um solo residual oriundo de um talude foi levado para o laboratório onde foram realizados diversos ensaios incluindo o ensaio de cisalhamento direto cujo resultado se apresenta no gráfico abaixo através da envoltória de resistência O valor da coesão desse solo é a 40 kPa b 25 kPa c 20 kPa d 15 kPa e 12 kPa UNIDADE 02 EMPUXO DE TERRA 23 Empuxo de terra podese definir como as solicitações de um solo sobre as diferentes estruturas que com ele interagem ou estão em contato São forças predominantemente laterais Os problemas envolvendo os empuxos de terra são antigos pois existem mesmo antes do nascimento da Mecânica dos Solos como uma ciência São problemas de interesse prático que ocorrem com frequência mas que também são complexos O conhecimento de empuxo de terra é elementar para análise de projetos de muros de arrimo escoramento de escavações encontros de pontes problemas de capacidade de cargas das fundações subsolos entre outras obras de terra A magnitude e a distribuição do empuxo de terra são funções de diversos fatores como a altura da estrutura tipo e característica do solo deformação sofrida pela estrutura posição do lençol freático a interface entre solo e estrutura da inclinação da superfície do aterro da natureza do movimento do muro sob o empuxo horizontal Esses e outros fatores podem ocorrer ao longo das etapas das obras ocasionando deslocamentos lateraisMarangon 2018 Diante das considerações iniciais é importante considerar a existência de duas correntes no estudo do empuxo de terra I Teórica apoiase em equações matemáticas a partir de modelos de comportamento dos solos que tentam traduzir o comportamento preciso da relação tensão deformação dos solos Entretanto não existe nenhuma teoria geral e rigorosa para estabelecer com segurança os cálculos são admitidas como possibilidades hipóteses simplificadas e que podem ser discutidas conforme as condições reais do caso II Empirismo a segunda linha de estudo de empuxo é do tipo empíricoexperimental ou seja recomendações de investigações em modelos de laboratórios e em obras estruturadas Coulomb 1773 e Rankine 1856 são os teóricos mais difundidos e clássicos que usamos para formular modelos matemáticos de empuxo de terra Para o entendimento do conceito de coeficiente de empuxo de terra considere uma massa de solo semiinfinita pela qual se calcula a pressão vertical σv em uma dada profundidade Z o γ é o peso específico do solo 21 COEFICIENTES DE EMPUXO REPOUSO PASSIVO E ATIVO Admitese que esse maciço terroso é delimitado por um muro sem atrito imóvel e indeformável O elemento de solo localizado a uma profundidade Z está sujeito a um empuxo efetivo vertical σo e um empuxo efetivo horizontal σh ou seja o estado de tensões da outra parte do solo não sofrerá variações O solo não se plastifica e não há deslocamento pois não existe tensão de cisalhamento nos planos vertical e horizontal Atribuise o índice de σh a σo como uma fração adimensional K0 Tais tensões denominamse pressões no repouso e K0 é o coeficiente de empuxo no repouso Experimentalmente Jaky em 1944 propôs uma expressão matemática para 24 Nos empuxos sobre estruturas nas quais não se observam deslocamentos consideráveis os cálculos para o empuxo de terra serão utilizados o coeficiente K0 Figura 9 estudar o comportamento de areias e argilas adensadas Figura 9 Coeficiente de empuxo em repouso Fonte Adaptado de Das e Sobhan 2015 O valor do coeficiente de empuxo é função das deformações horizontais sofridas pelo solo quando este é submetido a qualquer solicitação Assim o coeficiente de empuxo pode ser ativo ou passivo Conforme haja movimentação dos estados plásticos podese inferir que há um deslocamento para aliviar estado ativo ou aumentar estado passivo as tensões horizontais existentes no solo Quando a parede AB deslocase de encontro ao terrapleno também são produzidas tensões de cisalhamento no solo as quais fazem aumentar o empuxo sobre a parede Neste caso a tensão efetiva horizontal será σh σp A relação entre essas tensões é chamada de coeficiente de empuxo passivo Kp conforme a figura 10 25 Figura 10 Coeficiente de empuxo passivo Fonte Adaptado de Das e Sobhan 2015 Por outro lado quando essa estrutura AB sofre um pequeno deslocamento de sua posição de origem o solo que suporta a parede AB se deforma e aparecem tensões de cisalhamento causando uma redução do empuxo sobre a estrutura Nesse momento a tensão efetiva horizontal σh σa e a relação entre essas tensões são chamadas de coeficiente de empuxo ativo Ka de acordo com a figura 11 Figura 11 Coeficiente de empuxo ativo Fonte Adaptado de Das e Sobhan 2015 Os processos de movimentação dos estados ativos e passivos dependem do tipo de solo e das trajetórias de tensões ou seja dos desprendimentos referentes ao muro e o maciço terroso A variação dos valores de coeficiente de empuxo em repouso ativo e passivo pode ser observada na figura 12 abaixo 26 Figura 12 Variação do coeficiente de empuxo em função do movimento de translação do muro Fonte Adaptado de Gerscovich et al 2016 Basicamente podese resumir os empuxos da seguinte forma empuxo no repouso nenhuma deformação no muro e nenhuma mudança nas tensões horizontais no empuxo ativo há deformação do muro e decréscimo da tensão horizontal e no empuxo passivo ocorre deformação do muro e aumento da tensão horizontal O estudo de empuxo de terra é um dos temas mais complexos dentro da Mecâ nica dos Solos e mesmo com as teorias desenvolvidas com as tecnologias hoje presentes se aproxima pouco do que realmente ocorre no interior de um maciço terroso Assim sendo sempre é bom buscar mais sobre esse tema Segue o link para você saber e aprender mais a respeito desse ramo da Mecânica dos Solos Bons estudos Disponível em httpsbitly3FJbz7N Acesso em 22 jun 2021 BUSQUE POR MAIS 22 TEORIA DE RANKINE A teoria de Rankine fundamenta um método que permite determinar as pressões sobre uma estrutura de suporte rígida quando entra em contato com o solo em estado de equilíbrio limite Isto é essa cunha pode moverse em relação ao restante do bloco e sobre ela são empregadas as investigações de equilíbrio dos corpos rígidos A teoria de Rankine é datada do ano de 1857 e fundamentase nas seguintes hipóteses A superfície interna da contenção é vertical A superfície do térreo é plana Não considera o atrito entre o solo e a estrutura Maciço de solo semiinfinito 27 Maciço em equilíbrio plástico Critérios de ruptura de Mohr O solo é homogêneo e O solo é isotrópico Com essas suposições a teoria de Rankine acredita que os movimentos da estrutura de contenção são capazes de mobilizar os estados de tensão ativo ou passivo Para solos não coesivos ou seja quando a coesão é igual a zero ou quase zero principalmente para solos notadamente arenosos o empuxo e o coeficiente de empuxo ativo podem ser descritos conforme a figura 13 Considerando o solo seco e homogêneo em profundidade o diagrama de pressões resulta triangular linearmente crescente em profundidade e a sua resultante é dada por Onde Ea empuxo ativo KPa h altura do muro m γ peso específico do solo KNm3 Ka coeficiente de empuxo ativo Figura 13 Empuxo ativo Ea Fonte Adaptado de Caputo e Caputo 2015 O coeficiente de empuxo é uma relação entre σv e σh Assim temos 28 Quando se observa o caso inverso ou seja onde a estrutura deslocase contra o maciço terroso o empuxo deverá ser maior do que o peso do bloco de solo neste caso o coeficiente de empuxo é chamado de coeficiente de empuxo passivo Então podese supor que o empuxo de terra passivo para solos arenosos será A Figura 14 mostra o empuxo no estado passivo Observase que a direção é horizontal e o sentido do empuxo é contra a contenção Notase também que o ponto de aplicação é 13 h a partir da base da parede Figura 14 Empuxo ativo Ea Fonte Adaptado de Caputo e Caputo 2015 O coeficiente de empuxo passivo e ativo pode ser diferente quando o terreno é inclinado e neste caso deve ser levado em conta o valor do ângulo de inclinação do terreno β Isso pode ocorrer quando o aterro continua a se deslizar a um ângulo β com a horizontal conforme a figura 15 sendo assim a direção do empuxo ativo ou passivo de Rankine não é mais horizontal 29 Figura 15 Muro de arrimo sem atrito vertical com aterro inclinado Fonte Adaptado de Das e Sobhan 2015 Diante dessa situação os coeficientes de empuxo passivo e ativo passam a ser calculados a partir das equações abaixo Para solos coesivos o empuxo ocorre de forma diferente ou seja quando o empuxo do solo ocorre em estado ativo a coesão possibilita manter um corte vertical sem necessidade de escoramento até uma determinada profundidade do solo chamada de altura crítica na qual o empuxo resultante é nulo quer dizer a altura crítica é o valor da máxima profundidade que um talude alcança cortado a 90 sem correr o risco de colapso Na figura 16 é possível observar duas zonas diferentes a zona superior à qual denominase fendas de tração e a zona inferior que é a zona ativa onde ocorre o empuxo ativo do solo O empuxo ativo do solo fica 30 Figura 16 Distribuição de empuxo ativo contra um muro de arrimo com aterro de solo coesivo Fonte Elaborado pelo Autor 2021 Embora a altura crítica seja retratada como o esquema da figura 16 Terzaghi sugeriu que a altura crítica seja definida considerandose que a profundidade da trinca normalmente não ultrapasse ½ da altura da região de tração e neste caso A região onde ocorre a tração não deve ser considerada nos cálculos de projeto uma vez que diminui o valor real do empuxo ou seja o valor do empuxo é subestimado Entretanto podese considerar que a sua presença promova um aumento de empuxo devido à influência da água na trinca No estado passivo as tensões principais σ1 e σ3 são σ1 σh e σ3 σv γz Então o empuxo passivo em solos coesivos fica Existem casos particulares que devem atenção para a determinação de empuxo de terra Influência da água no perfil do solo lençol freático e Efeito da sobrecarga Em solos em que existe a presença de água a resolução se dá acrescentando a parcela de água ou seja serão dois estratos diferentes um acima do nível dágua e outro abaixo do lençol freático como se mostra a figura 17 31 Figura 17 Influência da água no perfil do solo Fonte Gerscovich et al 2016 Nessa situação o empuxo ativo fica No caso das sobrecargas no terreno a tensão vertical em qualquer ponto do bloco de terra aumenta normalmente Figura 18 Figura 18 Diagrama de tensões considerando a sobrecarga no terreno Fonte Adaptado de Caputo e Caputo 2015 Os empuxos de terra para essa situação ficam Empuxo de terra ativo Empuxo de terra passivo Muitas vezes o profissional será integrado a uma equipe para dimensionar uma estrutu ra de contenção de solo Entretanto fazse um corte no talude com o objetivo de fazer o muro de arrimo mas não se observam as características do solo ou seja os parâmetros da Mecânica dos Solos como a resistência ao cisalhamento permeabilidade compacta VAMOS PENSAR 32 ção coesão do solo Então como saber se a altura de corte que será realizada não precisará de uma conten ção Baseado na Teoria de Rankine é possível saber qual a altura crítica sem a necessi dade de contenção ou melhor a altura até a qual o solo resiste a um talude vertical sem proteção Para tanto basta realizar o cálculo da altura crítica se essa altura encontrada for maior que a altura de corte não necessita de escoramento caso a altura crítica seja maior que a altura de corte determinada no projeto então será necessária uma estrutura de con tenção 23 TEORIA DE COULOMB Coulomb realizou estudos do empuxo do solo antes mesmo de Rankine embora este tenha desconsiderado o atrito entre o solo e a estrutura de contenção Coulomb adota essa relação uma vez que com o deslocamento do muro a cunha de solo também se movimenta causando tensões cisalhantes entre o solo e a parede de contenção Assim o maciço de terra é considerado um bloco indeformável porém se rompe conforme superfícies curvas as quais adotam planas por facilidade interpretativa em termos analíticos Entretanto para solucionar os problemas envolvendo os maciços terrosos em deslocamento Coulomb considerou as seguintes hipóteses O bloco de solo constituído não é coesivo e homogêneo A superfície potencial de deslizamento é plana e passa pelo pé do muro A liberdade de deslocamento da estrutura capaz de movimentar todo atrito existente entre a contenção e o solo A determinação do empuxo nos estados passivo e ativo pode ser realizada de acordo com algumas etapas Primeiro devese arbitrar uma superfície de ruptura na sequência a partir do equilíbrio de forças que atuam na cunha do maciço de terra calculase o valor da reação que a contenção exerce para se contrapor ao deslizamento da cunha de empuxo ativo Vale lembrar que a superfície que define a cunha de empuxo é desconhecida Então por tentativas determinase a superfície que corresponde ao valor limite do empuxo ativo A figura 19 esquematiza o caso de bloco de terra de ângulo de atrito φ e coesão igual a zero que atua sobre a parede AB sendo δ o ângulo solo estrutura Figura 19 Representação do empuxo ativo a e passivo b pelo teorema de Coulomb Fonte Elaborado pelo Autor 2021 33 O mesmo ocorre para o empuxo passivo Analiticamente temse as seguintes expressões para o empuxo ativo e empuxo passivo bem como os seus coeficientes Empuxo ativo Empuxo passivo As teorias clássicas de empuxo de terra Método de Rankine e Método de Coulomb são diferentes embora o objetivo seja determinar os empuxos ativos e passivos dos vários tipos de solos Entretanto qual a diferença primordial entre esses dois métodos Essa questão é fun damental para o prédimensionamento de muro de arrimo Sabese que no cálculo de empuxo de terra para construções de muros de arrimo a Teoria de Rankine tem se des tacado entre os profissionais da área de geotecnia O motivo para o uso do método é ba sicamente pelo fato de não usarem na equação de empuxo de terra a relação existente entre o muro e o solo ou seja o ângulo de atrito entre a terra e a contenção Para Cou lomb esse ângulo δ faz com que se tenha um comportamento de solo mais real pois considera essa relação que de fato existe na prática FIQUE ATENTO 34 FIXANDO O CONTEÚDO 1 FEMPERJ2012 Para o projeto das estruturas de contenção é necessário determinar os empuxos de terra As teorias mais utilizadas para esse fim são as de Rankine e Coulomb segundo as quais a O coeficiente de empuxo passivo não depende do ângulo de atrito do solo b Um solo em estado de repouso precisa sofrer deformações laterais de extensão para atingir estado ativo c O empuxo ativo é inversamente proporcional à altura do muro de arrimo d A presença de nível dágua no solo arrimado não afeta o valor do empuxo ativo e A verificação da estabilidade ao tombamento é dispensável nos casos de muros de arrimo com base estreita devido ao baixo valor do empuxo 2 FGV2015 Com relação aos coeficientes de empuxo de terra relacionados a um muro de arrimo analise as afirmativas abaixo considerando V para as afirmativas verdadeiras e F para as falsas Para o seu cálculo considerase o solo granular homogêneo isotrópico não saturado e de superfície horizontal O coeficiente de empuxo ativo é calculado quando o solo se expande contra o muro o que provoca o movimento do muro no sentido da expansão do solo O coeficiente de empuxo passivo é calculado quando o muro deslocase contra o solo provocando a compressão do solo A sequência correta é a F V F b V F V c V F F d V V V e F F V 3 FUNPAR2006 Com relação aos coeficientes de empuxo de terra k0 coeficiente de empuxo no repouso ka coeficiente de empuxo ativo e kp coeficiente de empuxo passivo é correto afirmar a k0 ka kp b k0 ka kp c ka kp k0 d kp k0 ka e ka k0 kp 4 Um muro apresenta uma contenção vertical e retroaterro inclinado de 135 Para uma 35 altura de 27 m cujo peso específico do solo é de 18 kNm3 coesão do solo igual a zero e o ângulo de atrito interno apresentou o valor de 37 o valor do empuxo passivo segundo a Teoria de Rankine vale a 8325 kNm1 b 17149 kNm1 c 23324 kNm1 d 36938 kNm1 e 43352 kNm1 5 Uma contenção de 65 m de profundidade apresenta um solo com as seguintes características ɤ 213 kNm3 Φ 25 c 11 kPa Desejase determinar o empuxo atuante total que exerce sobre o muro sabendo que o nível da água está a uma altura de 30 m Considere o ɤw 213 kNm3 Assinale a alternativa correta a 32060 kNm1 b 30031 kNm1 c 27042 kNm1 d 19080 kNm1 e 11100 kNm1 6 Um talude de solo argiloso sofrerá um corte para um projeto de expansão de um estacionamento de uma grande empresa de logística Os parâmetros geotécnicos do solo em estudo são ɣn 177 KNm3 w 23 c 31 kPa Φ 13º Qual deve ser a profundidade de corte do talude que não necessitará de muro de arrimo a Hcrítica 692 m b Hcrítica 631 m c Hcrítica 588 m d Hcrítica 515 m e Hcrítica 470 m a 91 kNm1 b 113 kNm1 c 120 kNm1 d 137 kNm1 e 142 kNm1 36 8 O estudo de empuxo de terra é fundamental para o entendimento de obras de terras como muros de arrimos construções de túneis aterros sobre solos moles cortes de taludes entre outros As teorias usadas para o estudo das forças horizontais que o solo exerce sobre um paramento são várias porém o método de Rankine e o método de Coulomb são as teorias usualmente mais comuns para cálculos dos empuxos de terra Analise as afirmações abaixo I A Teoria de Coulomb não considera o ângulo de atrito entre o solo e a estrutura de contenção II A Teoria de Rankine se diferencia da Teoria de Coulomb pelo fato de considerar como hipótese o terrapleno em forma de cunha III Na Teoria de Coulomb o empuxo ativo será o máximo valor dos empuxos determinados sobre as cunhas analisadas o passivo o valor mínimo IV A teoria de Rankine considera os critérios de ruptura de Mohr para determinar os empuxos ativo e passivo Assinale a alternativa correta a Apenas I b Apenas II c Apenas I e II d Apenas III e IV e Apenas III UNIDADE 03 MUROS DE ARRIMO 38 31 ESTRUTURA DE CONTENÇÃO As estruturas de suporte de blocos de solos são as estruturas mais comuns em que é importante saber o valor do empuxo de terra suportado Quando um maciço terroso está amparado por uma contenção a respectiva superfície faz um ângulo com a horizontal maior do que atingiria sem a contribuição de qualquer ação exterior comunicada por um suporte que neste caso chamase muro de arrimo Ou seja os muros de arrimo são estruturas para prevenir que o solo assuma sua inclinação natural Os muros de arrimo têm duas funções importantes Isolamento de um terreno no auxílio da segurança de uma encosta ruas estradas pontes condomínios e residências e Auxiliar na prevenção de erosão Os muros de arrimo podem ser de vários tipos gravidade flexão e com ou sem tirantes É possível construir muros de arrimo com vários tipos de material como tijolos ou pedras concreto sacos de solocimento gabiões pneus madeiras entre outros sendo consideradas as características do solo A figura 20 retrata basicamente as partes que compõem um muro de arrimo Figura 20 Terminologia para as partes constituintes do muro de arrimo Fonte Elaborado pelo Autor 2021 O tipo de muro de arrimo é função de vários fatores altura tipo de solo objetivo do muro aterro ou suporte em escavação presença de água espaço disponível qualificação da mão de obra sobrecarga e material da fundação Os muros podem ser construídos isoladamente ou ligados a outras estruturas como edificações No primeiro caso os muros devem equilibrar os esforços transmitidos pelo maciço terroso escorado o seu peso próprio e o comportamento das fundações Na segunda situação em que o muro de arrimo está ligado a outras estruturas os muros transmitem os esforços naturais da ação do terreno Dos diversos tipos de muros de arrimo os de alvenaria são os mais antigos e maiores em quantidade Usados principalmente para pequenas alturas uma vez que para tamanhos maiores se tornam inviáveis devido ao aumento do custo final 39 Os muros de arrimo construídos com pedras são de tamanhos regulares e arranjados manualmente A sua resistência é resultado da sobreposição das pedras Nessas estruturas não há necessidade de projeto de drenagem uma vez que o material do muro tem uma permeabilidade considerável e as pedras não são utilizadas argamassa não se utiliza argamassa entre as pedras sendo assim a sua execução se torna simples principalmente para muros de até 20 m de altura Figura 21 Por outro lado o muro pode ser construído com argamassa na execução do assentamento das pedras com dois objetivos primeiro de alcançar maior dureza e segundo de obter maiores alturas Entretanto é necessário que se faça um projeto de drenagem Figura 21 Figura 21 Muros de alvenaria de pedra Fonte Adaptado de Gerscovich et al 2016 Um tipo de muro também utilizado para contenção é o muro de concreto ciclópico ou muro de concreto gravidade São usualmente recomendáveis para alturas de até 40 m São estruturas construídas mediante o preenchimento de uma forma concreto e blocos de rochas de tamanhos diferentes Apresentam a desvantagem de serem impermeáveis necessitando portanto de um sistema de drenagem apropriado Figura 22 Figura 22 Muro de concreto ciclópico Fonte Prefeitura de Recife 2021 Uma técnica bastante utilizada para contenção de solos são os chamados muros de gabiões também chamados de gabiãocaixa e até mesmo de gaiolas metálicas preenchidas com pedras de mãos de acordo com a figura 24 Essas gaiolas são executadas em malha hexagonal com fios galvanizados que podem ser revestidos com PVC nas 40 dimensões conforme as indicações do projeto Essa estrutura faz com que os gabiões apresentem maior resistência mecânica Quanto às pedras de enchimento elas devem ser maciças não friáveis como granitos basaltos e pedras calcárias sãs As vantagens do muro gabião são a flexibilidade permitindo que a estrutura se ajeite a recalques diferenciais a permeabilidade e o baixo impacto ambiental Figura 23 Estrutura de contenção muro de gabião a esquema de um muro e b o muro na paisagem Fonte Disponível em a httpsbitly3NVKu57 b httpsbitly3Obd0PG Acesso em 07 jun 2021 As contenções feitas com solocimento constituem outro tipo de muro de arrimo figura 24 Esses muros são constituídos por camadas horizontalmente formadas por sacos de aniagem ou de geossintéticos preenchidos por uma mistura de cimento e solo da ordem de 110 a 115 em volume Os sacos de solocimento podem ter duas funções uma é a proteção superficial e outra seria na estrutura de contenção Uma alternativa viável quando se tem dificuldade de acesso e posicionamento de equipamentos é o uso de bolsacreto ou seja utilização de concreto para preenchimento de sacos de tecidos Figura 24 Estruturas de contenção por sacos de solocimento a esquema de solocimento ensacado e b projeto executado de um muro de arrimo com sacos de solocimento Fonte Disponível em a httpsbitly3QkgyRI b httpsbitly39qswsl Acesso em 07 jun 2021 Elementos prémoldados de concreto armado madeira ou aço que podem ser montados no local da obra em forma de fogueiras são as estruturas conhecidas como muros de crib wall como se observa na figura 25 abaixo Um dos aspectos interessantes e positivos é que entre os módulos e os blocos que enchem o crib wall podese plantar vegetações ornamentais principalmente vegetação que auxilia na estrutura física do solo mas que também permite que a estrutura geral se integre ao meio ambiente tornandose menos agressiva visualmente 41 Figura 25 Estrutura de contenção crib wall Fonte Disponível em httpsbitly3tyGLlB Acesso em 07 jun 2021 Por fim ainda em se tratando de muros de gravidade existe uma alternativa para o reuso de pneus como contenção de solos em processos de erosão ou como reaterro figura 26 Os muros de pneus são construídos por faixas horizontais de pneus usados amarrados entre si por arames e preenchidos com solo compactado podendo atingir até 50 m Além de contribuir de alguma forma com a natureza o reaproveitamento de pneus descartados como muros de arrimo é flexível um material de boa resistência mecânica e baixo custo Figura 26 Muro de arrimo com pneus descartados Fonte Disponível em httpsbitly3b2GSzt Acesso em 07 jun 2021 Os muros de arrimo do tipo flexão são estruturas mais esbeltas com seção transversal em forma de L que resistem aos empuxos por flexão empregando parte do peso próprio do solo que se alicerça sobre a base do L para permanecer em equilíbrio Geralmente são construídos em concreto armado e podem ser onerosos para alturas superiores a 5 7 m É muito comum observar muros de flexão com contrafortes ou nervuras com o objetivo de aumentar a estabilidade do muro contra o tombamento tanto da laje interna sob o retroaterro que resiste aos esforços de tração quanto da laje externa que resiste à compressão Figura 27 Muro de flexão a esquema de muro de flexão e b projeto em execução de muro de flexão com contrafortes Fonte Disponível em a httpsbitly3aXsLeW b httpsbitly3NXrDXp Acesso em 07 jun 2021 42 Por fim o muro do tipo atirantadas isto é muros com suportes flexíveis que trabalham diferentemente dos outros muros para se oporem aos empuxos de solos suportados figura 28 são estruturas mistas de concreto e alvenaria de blocos de concreto ou tijolos apresentando barras praticamente na horizontal e confinadas em planos verticais perpendiculares ao paramento do muro As barras de ferro funcionam como tirantes fazendo a amarração do paramento com outros elementos embutidos na massa de solo como blocos vigas longitudinais ou estacas A maioria dos acidentes com muros de arrimo está relacionada com a acumulação de água no maciço de solo suportado Quando há presença de água no solo há também um aumento no empuxo de terra e consequentemente ocorre um colapso na estrutura de contenção Portanto na construção de muro de arrimo se faz necessário um projeto de drenagem para diminuir eou eliminar o acúmulo de água pluvial infiltrada no empuxo do solo sobre o muro De acordo com Gerscovich et al 2016 a presença de água pode provocar dois tipos de efeitos direto e indireto O direto é o empuxo de água atuando no paramento enquanto o indireto é a redução da resistência ao cisalhamento do maciço quer pela redução da tensão efetiva solo saturado quer pela redução da coesão aparente solo não saturado A resistência ao corte é expressa pela equação Figura 28 Contenção de solo com tirantes a colocação das barras de ferro tirantes na estrutura do muro de arrimo e b muro de arrimo em execução Fonte Disponível em httpsbitly3xtzODQ Acesso em 07 jun 2021 Quando se fala em muro de arrimo é importante observar que existem dois tipos de con tenções uma do tipo gravidade ou rígida e outra do tipo flexão ou flexível o que difere um tipo do outro é o objetivo que se pretende alcançar Ambos apresentam vantagens e desvantagens que podem influenciar o custo final da obra Portanto é importante dis tinguir os tipos de muro Tipo gravidade muro de alvenaria concreto ciclópico gabião crib wall solocimento pneus usados Tipo à flexão com contraforte e sem contraforte FIQUE ATENTO 32 INFLUÊNCIA DA ÁGUA 43 Observase pela equação que ao aumentar a pressão neutra u haverá a redução da resistência ao corte Ƭ Como se observa o efeito direto é que mais causa problema devido à sua maior intensidade mas ele pode ser eliminado através de um sistema combinado e eficiente de drenagem superficial e subsuperficial A drenagem superficial Figura 29 ocorre com a instalação de canaletas transversais longitudinais de descida escadas caixas coletoras entre outras Os objetivos dessa drenagem são a captação e condução da água que atinge a área de construção do muro de arrimo e deve ser considerada no projeto a área da bacia hidrológica em que o muro se encontra Figura 29 Drenagem superficial a Representação de diversos dispositivo de drenagem e b Projeto executado de drenagem superficial Fonte a CARVALHO 1991 e b Disponível em httpsbitly3NQFgrc Acesso em 08 jun 2021 A drenagem subsuperficial Figura 30 inclui drenos horizontais trincheiras drenantes longitudinais drenos internos das estruturas de contenção filtros granulares e geodrenos esses vários tipos de drenagem objetivam controlar as intensidades de pressões de água e captar vazões que ocorrem no interior do maciço terroso Quando se deseja conduzir a água infiltrada no solo para frente do muro utilizamse de barbacãs Figura 30 Drenagem subsuperficial de muro de arrimo a cortina drenante e dreno longitudinal b cortina drenante e dreno longitudinal associados a barbacãs e c tapete drenante inclinado ligado a dreno longitudinal Fonte Adaptado de RIJO 2016 44 Você já deve ter ouvido ou até mesmo presenciado um caso em que um muro de arrimo entrou em colapso principalmente em épocas de grandes volumes de chuva na região Os muros de arrimos são construídos com o objetivo de estabilizar o solo de um talude natural ou de um corte no terreno Em sua maioria observase que ao construir um muro de arrimo notadamente no Brasil os construtores negligenciam o projeto de sistema de drenagem Enquanto o solo está seco e estável a capacidade de contenção do muro funciona bem porém com o excesso de chuvas o ângulo de atrito altera e passa a ter um empuxo maior cerca de duas vezes maior portanto esse esforço sobre a estrutura gera uma tendência de escorregamento eou abalo do muro Contudo o sistema de drenagem é fundamental para o escoamento da água seja su perficial ou em profundidade E o projeto de drenagem é função do tipo de muro rígido ou flexível do tipo de solo por exemplo solos oriundos de rochas como filito e quartzito necessitam de drenos mais resistentes pois têm tendência maior para deslizamentos Portanto antes de se pensar na construção de muro de arrimo a drenagem deve ser projetada juntamente com o projeto estrutural Pense bem e você vai perceber que sem drenagem não há muro de arrimo VAMOS PENSAR 33 DIMENSIONAMENTO DE MURO DE ARRIMO CONDIÇÕES DE ESTABILIDADE O método usual de avaliação da segurança dos muros de arrimo gravidade e flexão é baseado em coeficientes globais de segurança contra o deslizamento da base tombamento capacidade de carga da fundação e estabilidade global Figura 31 Figura 31 Estabilidade de muros de contenção a deslizamento b tombamento c capacidade de carga e d estabilidade global Fonte GERSCOVICH et al 2016 Diferentes fases do projeto fazem parte da verificação de estabilidade de muros de contenções Primeiramente atribuise um prédimensionamento figura 32 na sequência definemse os esforços atuantes horizontal e vertical utilizandose das teorias de Rankine e Coulomb que é definido pelo projetista usualmente o método Rankine é o selecionado e por fim estudamse as condições de estabilidade 45 Figura 32 Prédimensionamento para projeto de muros de arrimo a muro de flexão b muro gravidade e c muro de flexão com contrafortes Fonte Adaptado de MARCHETTI 2015 Uma vez estabelecidas as seções do muro e calculados os esforços atuantes iniciam se os processos de resolução quanto à estabilidade do muro ou seja deslizamento e tombamento A verificação quanto à segurança contra o deslizamento ou escorregamento pela base fundamentase no equilíbrio das componentes horizontais das forças atuantes empregando um fator de segurança satisfatório Figura 33 Onde é o fator de segurança contra o deslizamento é o somatório dos esforços resistentes e é o somatório dos esforços solicitantes Figura 33 Fator de segurança contra o deslizamento Fonte Elaborado pelo autor 2021 46 O somatório das forças resistentes se refere ao empuxo passivo e o esforço cisalhante na base do muro F Esse valor é calculado através do produto da resistência ao corte na base do muro por sua largura Em que B é a largura da base cw é a adesão solomuro P é o somatório das forças verticais u é a pressão da água ou poropressão e δ é o ângulo de atrito solomuro Na maioria dos casos o fator condicionante é o escorregamento do muro de arrimo pela base Nesse sentido é importante considerar a construção da base do muro inclinada ou com a presença de dentes conforme se observa na figura 34 abaixo Figura 34 Medidas para aumentar o fator de segurança contra o deslizamento a inclinação da base e b inserção de um dente na base Fonte Elaborado pelo autor 2021 Quanto ao tombamento do muro para que isso não ocorra o momento resistente precisa ser maior do que o momento solicitante figura 35 Ou seja o fator de segurança contra o tombamento fica da seguinte maneira Figura 35 Fator de segurança contra o tombamento Fonte Elaborado pelo autor 2021 47 Os muros de arrimos são fundamentais para estabilizar solos e controlar erosão Nem sempre são utilizados materiais pesados como pedras de mãos concreto cerâmicas entretanto novas tecnologias usam materiais que conversam com a natureza ou seja a bioengenharia aplicada aos solos Assim a bioengenharia é a integração de conhecimentos de engenharia civil agronomia e biologia na estabilização de taludes e minimiza as erosões causadas pela água Para saber mais sobre os métodos de estabilização de solos usando técnicas da bioengenharia o link abaixo pode te auxiliar em novas possibilidades de conten ção Um vídeo de um especialista na área que vale a pena o conteúdo Disponível em httpsbitly3y3f5s5 Acesso em 15 jun 2021 BUSQUE POR MAIS 48 FIXANDO O CONTEÚDO 1 PETROBRAS2018 Considere o diagrama de tensões efetivas horizontais utilizado para dimensionar o muro de arrimo da figura fora de escala a seguir No contato da base do muro com a areia de fundação o atrito solomuro é 03 Qual é o menor valor da base B para um fator de segurança 15 contra o deslizamento deste muro a 16 m b 18 m c 20 m d 25 m e 28 m 2 ENADE2005 O muro de contenção mostrado na figura deve garantir a estabilidade de um talude de solo não coesivo cuja envoltória de resistência ao cisalhamento é definida pelo ângulo de atrito Φ A partir da análise da figura e das informações fornecidas concluise que a Quanto maior for o ângulo de atrito Φ maior será o empuxo do solo no muro b Quanto maior for o atrito α menor será a tensão de compressão máxima na base do muro c No caso de α 0 a direção da resultante do empuxo do solo é horizontal e dista H3 da base do muro d Aumentandose a largura B diminuise o fator de segurança quanto ao deslizamento 49 e Para que o muro seja estável quanto ao tombamento é necessário que a direção da resultante do empuxo passe pelo centro de gravidade da seção transversal do muro 3 ELETROSUL2010 Adaptada Em relação às estruturas de contenção analise as afirmações abaixo I A estabilidade dos muros deve ser garantida verificando a segurança contra o tombamento o deslizamento a capacidade de carga e a ruptura global II O fator de segurança representa a relação entre as resistências e solicitações ao longo da superfície potencial de ruptura III O diagrama de pressões neutras tem de ser definido em função do sistema de drenagem adotado IV Os empuxos de terra são esforços internos ao maciço de solos que variam em função do quadrado da altura do parâmetro É correto o que se afirma em a Apenas II b Apenas I e III c Apenas II e VI d Apenas IV e I III e IV 4 ENADE2011 Adaptada O muro de arrimo que se apresenta na figura abaixo teve sua seção transversal prédimensionada conforme indicado no desenho Suponha que o empuxo de terra ativo de magnitude 90 kN atua perpendicularmente ao parâmetro do muro e que este muro de concreto ciclópico pesa 50 kN Se o momento de tombamento Mt é aquele provado apenas pelo empuxo de terra e o momento resistente Mr é proveniente apenas do peso do muro então a Mt 90 kNm e Mr 50 kNm b Mt 45 kNm e Mr 50 kNm c Mt 40 kNm e Mr 70 kNm d Mt 45 kNm e Mr 85 kNm 50 e Mt 50 kNm e Mr 90 kNm 5 Todo projeto de muro de arrimo necessita de um projeto de sistema de drenagem A causa de colapso de muitos muros é devida principalmente pela ausência ou má manutenção de drenagens superficiais eou subterrâneas Analise as afirmações a seguir a água contribui duplamente para a instabilidade das estruturas de contenção aumentando a solicitação e diminuindo as resistências para drenar as águas subterrâneas para frente do muro de arrimo fazse o uso de drenos transversais ou barbacãs os muros com características drenantes como crib walls e gabiões também necessitam a instalação de filtro vertical em sua face interna Assinale a alternativa correta utilizando V para verdadeiro e F para falso a V V e V b F F e F c V F e V d F V e F e F F e V 6 ENADE2019 Adaptada A figura abaixo apresenta um muro de arrimo de flexão e para que não ocorra deslizamento de base o fator de segurança aFS é igual a 19 o valor das forças solicitantes é de 180 kNm1 e o valor das forças resistentes deve ser a Fres 9474 kNm1 b Fres 120 kNm1 c Fres 263 kNm1 d Fres 342 kNm1 e Fres 50145 kNm1 7 CESGRANRIO2011 Um termo empregado para a técnica de solo reforçado para a melhoria do terreno é a Muro de arrimo b Contraforte c Solocimento 51 d Geodreno e Terra armada 8 IESES2017 Os muros de arrimo são estruturas de contenção necessárias em muitas obras de engenharia para a estabilização de taludes naturais ou taludes de corte Analise as assertivas abaixo relacionadas a essas obras I A principal característica do muro de gabião é a sua permeabilidade no entanto não apresenta uma boa flexibilidade II Os muros de flexão apresentam como elemento estabilizador o seu peso próprio sendo em geral construído de concreto armado III Os muros de pedra argamassada e de concreto ciclópico necessitam de um sistema interno de drenagem para reduzir o empuxo exercido pela água presente no interior do solo Analise as alternativas abaixo e assinale a única alternativa correta a Apenas as assertivas II e III são corretas b Apenas a assertiva III está correta c Todas as assertivas estão corretas d Apenas a assertiva I está correta e Apenas as assertivas I e II estão corretas UNIDADE 04 ESTABILIDADE DE TALUDES 53 41 CLASSIFICAÇÃO E CAUSAS DOS MOVIMENTOS Talude é uma superfície do solos visível formando um ângulo com o plano horizontal figura 36 Essa inclinação pode ocorrer no ambiente natural ou superficialmente pela ação antrópica como forma de alteração de ambiente em construções civis como estradas barragens de terra entre outras grandes obras O problema dessas estruturas geotécnicas é a análise de estabilidade pois está relacionado às movimentações de massas de solo Figura 36 Talude a natural e b superficial Fonte Disponível em a httpsbitly3xUbBYL b httpsbitly39qqKaP Acesso em 14 jun 2021 Portanto nesta unidade serão estudados os problemas de taludes quanto aos seus aspectos fenomenológicos e princípios teóricos uma vez que para Mecânica dos Solos que surgiu para avaliar e explicar os fenômenos de instabilidade de encostas ainda hoje esses fenômenos representam um dos maiores desafios da problemas da Mecânica dos Solos Geotecnia Mesmo com as tecnologias envolvidas atualmente é difícil fazer uma previsão do desenvolvimento da evolução com o tempo dessas ocorrências ou uma correta mensuração dos critérios dos materiais e análise apropriada dos esforços solicitantes e resistentes Os movimentos de massa distinguemse por serem sistemas naturais de evolução das encostas e dessa forma da paisagem em geral Recebem diferentes classificações quanto à velocidade e ao tipo de material deslocado morro abaixo Embora ocorram processos provocados por causas naturais a instabilidade das encostas pode ser agravada pela ação do homem No Brasil esses movimentos de grandes proporções principalmente em áreas ocupadas se enquadram em desastres naturais pois causam inúmeros prejuízos sociais econômicos e vítimas fatais Os movimentos de massa são movimentos gravitacionais responsáveis pela mobilização de solos sedimentos vegetação ou rocha pela encosta abaixo geralmente potencializados pela ação da água e podem ser classificadas em Defesa Civil do Espírito Santo Rastejo creep caracterizase pelos vários planos internos de deslocamento baixas velocidades decrescentes com a profundidade cmano1 movimentos constantes intermitentes ou sazonais podendo ser de solo depósitos rocha alteradafraturada e possui uma geometria indefinida O processo de rastejo é observado na curvatura das árvores postes inclinados pequenos terraços ao longo das encostas figura 37 54 Figura 37 Movimento de massa rastejo a esquema da ocorrência de rastejo e b cercas inclinadas devido ao rastejo Fonte Disponível em a httpsbitly3tChMOq b httpsbitly3tDVHPE Acesso em 14 jun 2021 Escorregamento slides caracterizase pelo deslocamento rápido de massa de solo ou rocha que rompendose do maciço desliza para baixo e para o lado de uma superfície de deslizamento Esse tipo de movimentação pode se apresentar de três formas distintas planar translacional circular rotacional e em cunha figura 38 Figura 38 Tipos de escorregamentos a esquema da ocorrência de rastejo e b cercas inclinadas devido ao rastejoo Fonte Disponível em a httpsbitly3zDGlhI b httpsbitly3zJbosy Acesso em 14 jun 2021 Quedas falls caracterizamse pelo movimento rápido e ocorrem em taludes naturais rochosos com alta declividade ou seja blocos de rocha matacão ou solo ou lascas de rochas ainda em processo de intemperismo se deslocam pela ação da gravidade neste tipo de movimento de massa não se apresenta uma superfície de movimentação como se vê na figura 39 abaixo Figura 39 Tipos de quedas a queda de blocos e b rolamento de blocos Fonte Disponível em httpsbitly2Hio14o Acesso em 14 jun 2021 Corridas de massa flow possuem a característica de média a alta velocidade de escoamento do solo ou composto de solo e rocha com massa de aspecto viscoso que para alguns pesquisadores é chamado de lama pois os materiais envolvidos se comportam como fluidos altamente viscosos somados com alta concentração de 55 água superficial As corridas de massa podem ser subdivididas em três tipos diferentes corrida de terra earth flow corrida de lama mud flow e corrida de detritos debris flow figura 40 Figura 40 Tipos de massa a corrida de terra b corrida de lama e c corrida de detritos Fonte Disponível em a httpsbitly3zBYZXv b httpsbitly3tCBWYu e c httpsbitly3tFlpTX Acesso em 15 de junho de 2021 Os movimentos de massas acontecem quando a força de tração dada pela gravidade atuando na declividade da superfície excede a força de resistência principalmente a força de atrito Ou seja quando a força cisalhante é maior que a força de atrito sucedese o movimento de massa Os deslizamentos podem ocorrer em qualquer lugar do mundo os movimentos não estão restritos a áreas extremamente íngremes e terrenos inóspitos mas as causas dos movimentos estão relacionadas à existência de vários mecanismos desencadeadores Dessa forma existem duas causas de movimentos de massas causas internas e causas externas as quais podem ser traduzidas em causas naturais e causas antrópicas As causas naturais considerando o Brasil referemse principalmente ao excesso de precipitações ou às chuvas intensas em determinada bacia hidrográfica causando infiltração e consequentemente uma saturação do solo por água Isso aumenta o peso específico do solo diminuição da sucção e aumento da poropressão Além disso ocorre uma redução inexistência de coesão entre as partículas do solo com a diminuição da tensão efetiva ou seja há uma redução da resistência ao cisalhamento causando os movimentos de massas de terras detritos e rochas Quanto às causas humanas decorrem devido às populações em expansão para novas terras e criação de bairros condomínios vilas cidades perturbação ou alterações dos padrões de drenagem lançamento de lixoentulho nas encostas e taludes desestabilização das encostas e remoção da vegetação A figura 41 retrata a soma das causas natural e humana causando um deslizamento no Morro do Carioca na região central de Angra dos Reis no estado do Rio de Janeiro no réveillon de 20092010 Além do prejuízo ambiental nesse caso houve dezenas de mortes Essa associação entre um solo raso chuvas intensas e moradias em locais impróprios geram os deslizamentos ao longo da encosta que vai destruindo tudo que se encontra pelo caminho 56 Figura 41 Deslizamento no Morro do Carioca Angra dos Reis RJ Fonte Disponível em httpglobo2GucuxY Acesso em 15 de junho de 2021 Muitas das tragédias urbanas causadas em épocas de grandes precipitações geralmente poderiam ser impedidas se houvesse efetiva aplicabilidade dos conhecimentos geomorfológicos para se fazer uma adequada ocupação do espaço geográfico Os movimentos de massa existem na natureza e podem ser acionados pelo uso do solo que o homem faz em prol do desenvolvimento da tecnologia Os tipos de movimentos de massa apresentados no texto são os mais comuns e de certa forma que ocorrem em maiores quantidades Entretanto existem outros fenôme nos que acontecem e que são bem específicos nestes casos os autores Guidicini e Nieble fizeram um trabalho bem interessante relacionado à estabilidade dos taludes Para saber um pouco mais e agregar na sua formação profissional acesse a bi blioteca virtual da Faculdade Única o link se encontra aqui Link httpsbitly3zOqw85 Acesso em 14 mar 2021 BUSQUE POR MAIS 42 ANÁLISE DE ESTABILIDADE MÉTODO DAS FATIAS Os movimentos de massas ocorrem em todos os lugares do mundo e são agravados principalmente pela ação humana Por outro lado para avaliar se um talude é ou não estável podese empregar de métodos de análise de estabilidade Os métodos presentes para analisar a estabilidade dos taludes são muitos Eles representam uma quantidade de processos complexos com o objetivo de estabelecer um grau de ruptura de uma encosta ou talude em estudo ou seja avaliar a possiblidade de ocorrência de deslizamento de solo ou rocha presente em talude natural ou construído Assim as pesquisas de movimento de massas de solos permitem elaborar modelos geomecânicos nos quais são identificados os planos potenciais de ruptura em função da estrutura geológica e das respectivas resistências e as possibilidades cinemáticas dos deslocamentos KANJI 2006 Existem portanto dois métodos para analisar a estabilidade de um talude Métodos probabilísticos análise quantitativa que se apresenta em forma de uma probabilidade ou risco de ruptura e Métodos determinísticos análise quantitativa sendo representada sob a forma de um 57 coeficiente ou fator de segurança FS O fator de segurança é de grande importância para avaliarmos a instabilidade de um talude Ele é definido como sendo a relação entre as forças resistentes FR e as forças atuantes FA num determinado talude ou encosta Na tabela 2 abaixo podese observar o FS relacionado com as condições do talude Fator de Segurança FS Condição do Talude FS 1 Ocorre movimento de massas de solo ou rocha do talude Talude instável FS 1 Há uma iminência de ocorrência de ruptura Equilíbriolimite FS 1 Não há rupturas no talude ou seja a condição da encosta é estável Recomendase para projetos FS 15 Tabela 2 Condições do Fator de Segurança FS Fonte Acervo pessoal do Autor 2021 Para serem empregadas aos problemas reais os métodos de análise de estabilidade devem ser flexíveis de modo a inserir situações em que as características do solo e valores de pressão neutra se alteram no interior da massa do solo Dessa forma boa parte dos métodos de equilíbrio limite subdivide a faixa de solo circunscrita pela superfície de ruptura em potencial em vários pedaços verticais de forma a avaliar as condições de equilíbrio das forças atuantes em cada fatia separadamente figura 42 Figura 42 Forças atuantes em uma fatia de um plano inclinado de deslizamento Fonte Elaborado pelo Autor 2021 As forças atuantes representadas na figura 42 são E1 e E2 componente horizontal das forças entre as fatias F1 e F2 componente vertical das forças entre as fatias W peso da fatia 58 N força normal à base da fatia S força tangencial à base da fatia L comprimento da base da fatia Com essas informações é possível formular o fator de segurança FS para essa situação Nesse cálculo encontramse informações sobre o solo como o seu peso específico γ profundidade Z coesão c e ângulo de atrito interno do solo φ Uma forma de estudar a estabilidade de taludes basease em dois métodos em taludes finitos mecânica das rochas e taludes infinitos mecânica dos solos Entretanto basica mente podese definir taludes infinitos como qualquer talude de grande extensão e com perfis de solos essencialmente do mesmo tipo como por exemplo as montanhas e serras ao passo que os taludes finitos são conhecidos quanto à altura à base e ao topo Neste tipo de talude o plano de deslizamento não é paralelo à superfície do terreno podem ser citadosas áreas de mineração taludes de estradas entre outros FIQUE ATENTO 43 MÉTODO DE FELLENIUS E SIMPLIFICADO DE BISHOP Os métodos de Fellenius e Simplificado de Bishop são também chamados de métodos das fatias e são os mais utilizados para estudo de estabilidade de taludes Esses métodos de fatias consistem basicamente em divisão dos taludes em fatias ou lamelas de base com material homogêneo as forças da base são estabelecidas pelo peso da fatia e calculase o equilíbrio da totalidade pela equação de equilíbrio em relação ao centro do círculo O método de Fellenius foi desenvolvido após vários escorregamentos ocorridos na Suécia nos anos de 1920 Esses escorregamentos apresentaram superfícies de ruptura de forma cilíndrica ou esférica tendo por diretriz um arco de circunferência O Método cumpre apenas o equilíbrio de momentos considerando que a resultante das forças entre fatias é paralela à base figura 43 É considerado um método conservador pois apresenta valores baixos de FS e quando os círculos se mostram profundos e pressão neutra elevada o valor de FS é pouco confiável 59 Figura 43 Forças atuantes em uma fatia do método de Fellinius Fonte Elaborado pelo Autor 2021 Para o cálculo do fator de segurança desconsideramse as forças nas laterais das fatias ou lamenas efetuase o equilíbrio de momentos em relação ao centro de ruptura ponto O e o equilíbrio de forças na direção vertical à superfície de ruptura conforme a equação abaixo Esse cálculo é repetido várias vezes tendo em conta as diversas posições da superfície de ruptura Então o fator de segurança crítico referese ao menor valor encontrado Em relação ao método Simplificado de Bishop foi desenvolvido originalmente para uma superfície de ruptura circular mas pode ser adaptado para superfícies não circulares Ele tem como hipótese que a resultante das forças entre as fatias é horizontal ou seja admitese que as forças entre as fatias são nulas A força normal atua no centro da base da fatia e é derivada da soma de forças verticais A equação para determinar o fator de segurança pelo método Simplificado de Bishop fica Notase que a incógnita FS se apresenta nos dois membros da equação portanto é necessária a realização de um processo iterativo para a obtenção do fator de segurança sendo este geralmente de convergência rápida No método das fatias a massa potencialmente instável é dívida em fatias verticais e em seguida é feita uma análise de cada fatia individualmente utilizandose as equações de equilíbrio VAMOS PENSAR 60 As fatias precisam ter a mesma espessura A mesma faixa Não as fatias não precisam ser iguais a análise de estabilidade através do método de fatias pode ser realizada em taludes de superfície irregular taludes tanto de maciço homogêneo ou heterogêneo per mitindo que as fatias sejam divididas de forma que a base de cada uma permaneça em um determinado tipo de solo atribuindose assim apenas um só conjunto de parâme tros de resistência do solo para cada fatia para caso de blocos de terra heterogêneo Vale lembrar que a base de cada fatia é representada por uma reta em vez de uma curva esta modificação simplifica o cálculo do peso próprio quanto menor a largura das fatias menor o erro introduzido no resultado 61 FIXANDO O CONTEÚDO 1 ELETROSUL2010 Você foi contratado para prestar uma consultoria no levantamento das causas de um deslizamento de Terra que ocorreu na região de São JoãoSC Ao chegar ao local você identificou que se tratava de um talude de grande extensão com inclinação de 30 Uma campanha de sondagens realizada no local mostrou que o maciço de solos era composto por uma camada de solo residual classificado de silte argiloso com espessura constante de 2 m A distância entre a crista e o pé do talude é de aproximadamente 50 m Sabendose que o peso específico no campo sem percolação de água é 167 kNm3 e que a coesão do solo é 26 kPa e o ângulo de atrito do solo é de 30 assinale a alternativa que apresenta o valor do fator de segurança calculado para este caso a 23 b 25 c 27 d 28 e 29 2 PETROBRAS2018 A legenda apresentada ao lado da Figura descrevea adequadamente em a b c 62 d e 3 UFPR2016 Adaptada Os movimentos de massa correspondem ao deslocamento pela ação da gravidade de rochas e solos que quando ocorrem em áreas urbanizadas podem causar graves perdas materiais e de vidas humanas Com relação a esse processo geológico avalie as afirmações abaixo I Os movimentos de massa são consequência do intemperismo e fragmentação de rochas sendo um dos agentes de erosão em áreas montanhosas II Fluxo de detritos é um movimento de material de grão relativamente fino como solos ou rochas sedimentares pelíticas alteradas III Em geral encostas formadas por uma mistura de materiais não consolidados apresentam ângulos de declividade baixos É correto o que se afirma em a Apenas em I b Apenas em II c Apenas em III d Apenas em I e II e Apenas em I e III 4 O estudo de estabilidade de taludes infinitos o plano de movimento de massa solo ou rocha é adotado como paralelo à superfície do terreno estando na maioria das vezes disposto no plano de contato entre a camada inferior de solo e a extremidade da camada de rocha subjacente A figura abaixo representa esse contexto entre a divisória do solo e rocha 63 O fator de segurança para essa situação vale a 162 b 171 c 183 d 196 e 205 5 ENADE2017 Dentre as várias formas e processos de movimentos de massa destacam se os deslizamentos nas encostas em razão da sua interferência grande e persistente com as atividades do homem da extrema variância de sua escala da complexidade de causas e mecanismos além da variabilidade de materiais envolvidos FERNANDES N AMARAL C Movimentos de Massa uma abordagem geológicogeomorfológica In GUERRA Antonio CUNHA Sandra Geomorfologia e Meio Ambiente Rio de Janeiro Bertrand Brasil 2000 adaptado Sobre as dinâmicas e os processos que compõem os movimentos de massa as ocupações urbanas e os riscos ambientais avalie as afirmações a seguir I Apesar de os fatores do meio físico serem centrais na compreensão e explicação dos fenômenos mencionados fatores bióticos especialmente o ser humano podem participar de modo significativo dessas dinâmicas II Um conjunto de ações como mapeamentos de suscetibilidade monitoramento de encostas e de índices pluviométricos pode reduzir a gravidade dos impactos causados pelos fenômenos mencionados especialmente os relacionados à vida humana III Os movimentos de massa por se caracterizarem como um processo natural típico de planícies aluviais fazem parte da própria evolução geomorfológica através da deposição de sedimentos nesses ambientes É correto o que se afirma em a II apenas b I e II apenas c III apenas d I e III apenas 64 e I II e III 6 Há vários métodos de avaliar a estabilidade de talude Um deles é o método de fatias de Fellenius que cumpre apenas o equilíbrio de momentos considerando que a resultante das forças entre fatias é paralela à base O talude e a tabela indicados abaixo foram divididos em sete fatias para determinação do FS Figura Análise de estabilidade de um talude pelo método de Fellenius Fatia nº W kNm1 α graus senα cosα ΔL m Wsenα kNm1 Wcosα kNm1 1 224 70 094 0342 2924 211 766 2 2944 54 081 0588 6803 2385 1731 3 4352 38 0616 0788 5076 2681 34294 4 4352 24 0407 0914 4376 1771 3978 5 3904 12 0208 0978 409 812 3818 6 2688 0 0 1 4 0 2688 7 6658 8 0139 0990 3232 925 659 Baseados na figura e na tabela apresentados assinale a alternativa que representa o FS para esse talude a 217 b 189 c 155 d 123 e 100 7 O Atlas Brasileiro de Desastres Naturais investiga ao longo de 22 anos os desastres ocorridos no Brasil e a partir dos dados coletados para cada estado foram desenvolvidos mapas gráficos e tabelas que possibilitaram construir um panorama espaçotemporal sobre a ocorrência de desastres O gráfico a seguir representa a frequência anual dos movimentos de massa durante os anos de 1991 e 2012 em todo o território brasileiro Observase que há uma tendência de aumento do número de registros ao longo dos anos 65 Fonte Atlas brasileiro de Desastres Naturais 1991 a 2012 Centro Universitário de Estudos e Pesquisas sobre Desastres 2 edição revisada e ampliada Florianópolis CEPEDUFSC 2013 Baseado nas informações apresentadas considerando seus conhecimentos em outras áreas e relacionando com intervenções no âmbito da infraestrutura ambiental e social assinale a alternativa correta a As intervenções no âmbito da infraestrutura de modo a restauração com o objetivo de restauração ou recuperação após os desastres podem ser consideradas monitoramento de mananciais e controle de qualidade do solo b As intervenções no âmbito ambiental com um objetivo de recuperação após os desastres incluem atividade de recuperação do ecossistema da área atingida reflorestamento das áreas degradas com vegetação nativa recuperação eou proteção de mananciais e monitoramento eou controle da qualidade do solo c As intervenções no âmbito social com o intuito de recuperação após os desastres abrangem propostas como avisos sonoros em locais críticos para resgate de vítimas gerenciamento de monitoramento e utilização de drones d As intervenções no âmbito da infraestrutura que englobam melhorias na restauração ou recuperação após os desastres são recuperação de bens materiais das vítimas mobilização de recursos financeiros para auxiliar as vítimas e campanha de captação de recursos financeiros para construção de casas atingidas e As intervenções no âmbito ambiental com o objetivo de recuperação ou restauração após os desastres compreendem os alertas através da programação de emissoras de TV e rádio e liberação de aluguel social para apoio à população atingida 8 O talude apresentado abaixo deseja encontrar o valor da altura de solo sobre a rocha subjacente Os parâmetros de solo obtidos através de ensaios laboratoriais são β 25 ɤ 1805 kNm3 φ 21º e c 143 kPa 66 Qual a altura z de modo que um fator de segurança de 275 seja mantido em relação ao escorregamento ao longo da interface solorocha a 182 m b 199 m c 227 m d 251 m e 282 m UNIDADE 05 BARRAGENS DE TERRA 68 51 TIPOS DE BARRAGENS A importância de se estudar as barragens no território brasileiro ficou evidente a partir das catástrofes de Mariana em Minas Gerais no ano de 2015 e depois em 2018 também em Minas Gerias na cidade de Brumadinho com o rompimento de duas barragens de rejeitos que deixaram um rastro de destruição e vítimas fatais As barragens são estruturas construídas de forma natural ou artificial em vales de córregos rios ou canais e têm por finalidade reter e controlar o fluxo de água ou seja as barragens fecham os cursos dágua transversalmente para represamento de água geração de energia elétrica irrigação controle de cheias contenção de sedimentos controle de erosão e controle de rejeitos industriais As barragens podem ser classificadas em diversos tipos de acordo com a sua utilidade seu projeto hidráulico e os tipos de materiais usados na sua construção Nesse sentido as barragens podem ser classificadas em Barragens de concreto de forma geral requerem terrenos com fundação altamente resistentes rochas firmes e pouco fissuradas e se dividem em duas I Concretogravidade utiliza o próprio peso para manter a sua estabilidade transferindo as cargas recebidas para a sua fundação Considerado o tipo de barragem mais resistente de menor custo e pode ser adaptada para vários locais mas tem uma desvantagem que é a altura ou seja ela é limitada pela resistência da fundação já que ela receberá o peso da estrutura e as forças que são aplicadas pela água por exemplo Figura 44 a II Concretoarco um tipo de barragem que é incomum no Brasil porém observase que essas barragens são muito utilizadas na Europa onde os vales são bem profundos e estreitos Figura 44 b Figura 44 Barragens de concreto a gravidade e b arco Fonte a httpsbitly3b7yPBz e b wwwdelphispagelive Acessos em 24 jun 2021 Barragens de enrocamento são utilizados em sua construção blocos de rocha de tamanho variável e uma membrana impermeável na face da montante lado em contato com a água Quando a barragem precisa ser ampliada a barragem de enrocamento pode ser subdividida em três métodos de construção diferentes a jusante mais seguro e mais caro a montante utilizado para rejeitos da produção de minério por exemplo também é o método mais barato e mais instável e à linha de centro valores intermediários entre os métodos quanto a estabilidade e ao custo Figura 45 69 Figura 45 Barragem de enrocamento Fonte Disponível em httpsbitly39FcuuW Acessos em 24 jun 2021 Barragens de terra estrutura constituída por solo de material homogêneo ou misto de forma a estabilizar o maciço terroso com um sistema de drenagem de forma que não ocorram fenômenos como o piping e extravasamento Portanto exigem grande volume por funcionar através do peso do aterro assim devem possuir base larga com o objetivo de distribuir o peso e aumentar a seção de percolação e taludes suaves em conformidade com a resistência ao cisalhamento do solo após a compactação As barragens de terra constituem o objetivo desta unidade e será desenvolvida com mais detalhe nos próximos subtítulos Figura 46 Figura 46 Barragem de terra Fonte Disponível em httpsbitly39CqW6V Acessos em 24 jun 2021 A escolha de um local adequado para construção de uma barragem de terra inclui uma análise técnica econômica que depende da disponibilidade na região de jazidas de ma teriais construtivos adequados Em algumas exceções podese construir uma barragem em qualquer ponto de um curso dágua Todavia os três principais elementos maciço terroso extravasor e o reservatório oferecerem possibilidades de funcionar como um conjunto satisfatório Além disso deve se considerar os problemas construtivos como os desvios temporários do curso dágua no período de construção da barragem Portanto ao procurar um local para a construção da barragem de terra devese consi derar cada um dos elementos reservatório maciço e extravasor separadamente e em conjunto ao mesmo tempo FIQUE ATENTO 70 52 ELEMENTOS DE UMA BARRAGEM Para um entendimento melhor sobre o estudo das barragens de terra devem ser apresentados os seguintes componentes de acordo com a figura 47 abaixo Figura 47 Principais elementos de uma barragem de terra Fonte Elaborado pelo Autor 2021 1 Crista parte superior do maciço Usada em grande parte como estrada 2 Maciço terroso aterro estrutura da barragem com o objetivo de reter a água 3 Borda livre distância vertical entre o nível máximo de água e a crista da barragem 4 Taludes faces laterais e inclinadas apresentando dois taludes o talude a montante lado que fica em contato com a água e talude a jusante lado seco da estrutura 5 Espelho dágua superfície dágua concentrada no reservatório 6 Núcleo uma parede com material argiloso com o objetivo de conter a permeabilidade da água no maciço 7 Cutoff fundação construída no eixo da barragem 8 Base também chamada de saia de aterro ou seja a projeção dos taludes montante e jusante considerada a área do terreno onde se coloca o maciço terroso e 9 Dreno de pé construído no pé do talude a jusante com o objetivo de drenar a água do maciço Entretanto as barragens de terra necessitam de um volume de terra muito grande e que deve estar disponível próximo do local da obra Assim os tipos de construções de barragens exigem que o material acessível tenha uma boa qualidade e quantidade necessária para o empreendimento Nesse sentido conforme o material a ser utilizado na obra as barragens de terra podem ser classificadas em dois tipos barragens simples e barragens zonadas Barragens simples figura 48 também conhecidas como barragens homogêneas são constituídas basicamente pelo mesmo material mas que tenha uma certa impermeabilidade para garantir uma formação de barreira que possa conter a água no maciço de terra 71 Figura 48 Barragem simples ou barragem homogênea Fonte Elaborado pelo Autor 2021 Barragens Zonadas figura 49 também conhecidas como barragens mistas barragem com núcleo ou ainda barragem com diafragma são constituídas por um núcleo de terra impermeável limitado por regiões ou zonas de permeabilidade que garantem a estabilidade da estrutura Figura 49 Barragem zonada ou mista Fonte Elaborado pelo Autor 2021 A escolha do tipo de barragem do ponto de vista técnicoeconômico é função da disponibilidade de solo na região e facilidade de acesso ao local Além disso é preciso considerar um aspecto importante a segurança da obra que se refere às condições geológicas dimensões da obra e a configuração do vale Você já imaginou como se faz a manutenção de uma barragem de terra Existem duas formas pelas quais podemos garantir a segurança e manutenção da barragem Manutenção preventiva inspeções visuais periódicas de campo que objetivam detec tar deteriorações possíveis e alertar sobre as condições reais que comprometam a se gurança da estrutura da barragem Manutenção corretiva referese aos trabalhos de diagnóstico reparo reforço e prote ção das estruturas que já perderam sua vida útil de projeto e apresentam manifesta ções patológicas evidentes O que você faria se morasse à montante de uma barragem onde esta exposta a ven tos fortes ou Que tipo de construção deve ser realizada á montante de uma barragem onde em grande parte está exposta a forte ventos Nesse caso é conveniente construir um sistema de proteção próximo ao nível de água do reservatório com a utilização por exemplo de deposição de pedras de mão VAMOS PENSAR 72 53 DRENAGEM EM BARRAGEM Um dos maiores problemas quando se refere à barragem de terra é a infiltração ou a percolação de água no maciço terroso uma vez que o não manejo ou a ausência de projeto de drenagem interna de uma barragem pode acarretar no colapso total da estrutura Definese como percolação o movimento contínuo da água a partir do talude a montante em direção ao talude a jusante Esse movimento é função da compacidade do solo textura estrutura saturação e temperatura da água Portanto a percolação da água deve ser controlada de forma a reduzir e evitar a erosão interna piping e as pressões intersticiais no talude a jusante com essa diminuição aumentase a estabilidade da barragem Esse controle de percolação utilizase de filtros verticais e horizontais Os filtros em chaminés que devem percorrer toda a barragem são variáveis para cada tipo de barragem Eles são eficientes para alturas de barragens de no máximo 300 m porém se a altura for maior é ideal que o dreno seja inclinado quanto à espessura desses drenos é importante que seja maior de 060 m Em sua grande maioria o material constituinte é a areia natural Os tapetes drenantes ou filtros horizontais funcionam como defesa adicional ao filtro chaminé Para evitar subpressões muito altas na barragem e manter não saturada o talude a jusante os filtros horizontais trabalham com a menor carga hidráulica ou seja são camadas múltiplas de materiais com elevada permeabilidade para permitir o escoamento das águas drenadas através da fundação e do maciço de barragem Na figura 50 podese observar os mecanismos de drenagens para barragens de terra Figura 50 Esquema de drenagem interna para barragens de terra a tapete drenante b filtro vertical e c filtro inclinado Fonte Elaborado pelo Autor 2021 73 O uso de solos e rochas para construção de barragem é muito comum principal mente em áreas rurais pois nesses locais são mais fáceis a construção e os custos são menores Mas como fazer uma escolha correta considerando os fatores que influenciam na construção de uma barragem de terra Para saber mais pesqui se na obra de Faiçal Massad Obras de terra curso básico de geotecnia no capí tulo 7 item 3 o autor traz alguns pontos que influenciam na escolha do tipo de barragem Disppnível em httpsbitly39JJEJH Acesso em 24 jun 2021 BUSQUE POR MAIS 74 FIXANDO O CONTEÚDO 1 ENADE2019 Um profissional de engenharia civil coordena uma equipe de engenheiros encarregados de definir o tipo de barragem a ser construída para fins de irrigação devendo atingir 7 metros de altura Por meio de investigações geotécnicas preliminares verificouse que o solo de fundação é constituído de uma camada de 6 m de areia siltosa assente sobre rocha de siltito Na região não existem pedreiras mas há bastante disponibilidade de areia Também foram encontradas jazidas com grandes volumes de solos arenososiltosos de argilas siltosas e de siltes argilosos sendo os dois últimos de natureza expansiva Existem ainda em limitados volumes Considerando as condições descritas do local o tipo de barragem mais indicado é o a De enrocamento b De concreto armado c De terra com seção homogênea d De concreto compactado com rolo e De terra com seção zoneada e núcleo de argila 2 ELETROSUL2010 Com relação ao sistema de drenagem interna de uma barragem analise as assertivas e assinale a alternativa correta I O sistema de drenagem interna tem por finalidade diminuir a zona de saturação do talude de jusante resultando no aumento da resistência ao cisalhamento e melhoria das condições de estabilidade da barragem II O sistema de drenagem interna tem por finalidade conduzir a água proveniente da fundação e do corpo da barragem para fora do aterro III Filtro vertical e tapete drenante são elementos que se complementam dentro do sistema de drenagem interna de uma barragem de terra a Apenas II está correta b Apenas I e II estão corretas c Apenas I e III são corretas d I II e III estão corretas e I II e III estão incorretas 3 IFES2012 Adaptada Entre as características do método construtivo de barragens de rejeito que mostra a figura abaixo podemos citar 75 a Tratase do método construtivo conhecido como alteamento por linha de centro e tem como sua principal característica a construção usando o overflow de hidrociclones b O método mostrado na figura é o alteamento a montante que se considera o mais seguro no quesito sismicidade c É o método de alteamento a jusante que tem como características gerais a construção de dique inicial impermeável e barragem de pé separação dos rejeitos na crista do dique por meio de hidrociclones e barragem com dreno interno e impermeabilização a montante e como vantagem de ser o método mais seguro d A figura esquematiza o método de alteamento por linha de centro onde não há necessidade de um bom sistema de drenagem já que o barramento comporta grande volume de estéril e O método que é representado na figura é o alteamento a jusante que tem como vantagens a facilidade construtiva o material para o alteamento pode vir de áreas de empréstimo estéril ou do underflow dos hidrociclones e permite o controle da linha freática no talude de jusante 4 A barragem de terra argilosa abaixo representa a seção transversal de uma barragem e tem as seguintes características Esta barragem tem o objetivo de represar a água de um lago para irrigação de produtos agrícolas A largura da base como indicado na figura vale a 67 m b 58 m c 45 m d 34 m e 21 m 5 Em uma barragem a construção da tomada de água objetiva a Captação e uso da água represada b Impedir que o nível de água suba acima de uma certa cota que cause prejuízos às propriedades c Diminuir a infiltração na barragem de modo a estabilizar a estrutura de terra d Escoar o excesso de água durante e após a ocorrência de grandes precipitações e Reter toda a água da bacia hidrográfica 6 ENADE2011 Uma solução plausível para drenar pequenas bacias devido às chuvas de grande intensidade é o uso de barragens A altura da crista da barragem é igual à 76 soma da altura da lâmina de água normal Hn com a altura da lâmina de água do ladrão H1 acrescida da folga F como ilustrado na figura a seguir O valor de H1 pode ser assumido igual a 10 m e recomendase que F corresponda a no mínimo 05 m O gráfico abaixo apresenta o volume acumulado para as cotas da bacia em m³ x106 Qual o valor da cota da barragem H Hn H1 f para um volume máximo de cheia de 62 x 106 m³ a 35 m b 55 m c 75 m d 95 m e 125 m 7 Os filtros de drenagem devem ser projetados de tal forma que nem a fundação nem o material de aterro entrem no dreno para formar uma obstrução A permeabilidade ou tamanho do material do filtro deve ser suficiente para transportar a água livremente e sem qualquer bloqueio Márcio Leão 2020 De acordo com os critérios de Terzaghi um material filtro para proteger um solo base deve obedecer à seguintes equações I II As equações I e II representam respectivamente 77 a Proteção contra o piping e garantir a passagem da água b Proteção contra areia movediça e garantir a estabilidade da barragem c Proteção contra o escorregamento e garantir um FS 15 d Proteção contra o deslizamento e garantir um FS 20 e Proteção contra a infiltração e garantir a estanqueidade da barragem 8 Uma barragem de terra homogênea será construída com o objetivo de armazenar água para uma comunidade rural sabese que a altura da barragem será de 150 m A crista do aterro para essa barragem será uma estrada para transporte de produtos agrícolas Qual a largura da estrada considerando a fórmula empírica de Preece b 11H05 1 a 341 m b 437 m c 526 m d 619 m e 708 m UNIDADE 06 GEOSSINTÉTICOS 79 61 CONCEITOS TIPOS E PROPRIEDADES Os geossintéticos são produtos naturais ou artificiais usados em obras de terras com diferentes objetivos mas tendo como princípio básico a melhoria dos solos em termos físicos Na antiguidade os africanos usavam uma mistura de solo com palhas ou bambus ou outro material natural que continha fibras resistentes na construção de templos para os mortos pois havia uma conexão entre o mundo dos vivos e o mundo mortos o que mais adiante o Império Romano também utilizou em suas grandes obras Os produtos geossintéticos são utilizados em uma grande variedade de problemas geotécnicos como por exemplo em reforços para estrutura de contenção para taludes íngremes ou para aterros sobre solos moles também pode ser utilizado na estabilização de solos drenagem e filtração barreiras para fluidos e gases controle de erosão barreira de sedimentos proteção ambiental Como se observa o uso de geossintéticos é função do objetivo de uma determinada obra de terra No Brasil o uso de geossintético teve início na década de 1970 com a fabricação do primeiro geotêxtil não tecido mas em todo o mundo principalmente nos países do hemisfério norte já se utilizava essa técnica há mais de 40 anos Na década de 1980 foi executada a primeira obra de grande porte de solo reforçado no Brasil na estrada entre os municípios de Taubaté e Campos de Jordão Nessa mesma década a ABMS Associação Brasileira de Mecânica dos Solos e Engenharia Geotécnica criou a Comissão Técnica de Geossintéticos para divulgar a aplicabilidade de geossintéticos A partir da década de 1990 vários foram os congressos seminários simpósios e cursos oferecidos pela então criada IGS Brasil ou seja o órgão que representa o ramo brasileiro da International Society of Geosynthetics Os eventos gerenciados pela IGS Brasil e ABMS são fundamentais para que novos produtos cheguem ao mercado e para a difusão dos geossintéticos no âmbito geotécnico Nos últimos anos diversas instituições de ensino e pesquisas públicas e privadas têm realizado pesquisas e projetos que desenvolvem novos produtos e experimentos sobre a utilização de geossintéticos em obras de terras Os produtos geossintéticos são vários e existe a NBR 125532003 que trata das variedades terminologias variações abreviações e características básicas que serão apresentadas abaixo Geotêxtil GT constituído por mantas contínuas de fibras ou filamentos tecidos não tecidos tricotados ou costurados Essas mantas são flexíveis e permeáveis ou seja propriedades mecânicas de hidráulicas que permitem desempenhar várias funções numa obra geotécnica como se observa na Figura 51 Figura 51 Manta geotêxtil aplicada em rodovia Fonte Disponível em httpsbitly3n0EVGC Acesso em 10 de agosto de 2021 80 Geomembrana GM apresenta mantas contínuas e flexíveis constituídas de um ou mais materiais sintéticos Esse geossintético possui baixíssima permeabilidade e é usada como barreira para fluidos gases ou vapores Figura 52 Figura 52 Aplicação de geomembrana como impermeabilizante em lagoas Fonte Disponível em httpsbitly3tNqGsz Acesso em 10 de agosto de 2021 Geocomposto GC produto industrializado formado pela superposição ou associação de um ou mais geossintéticos entre si ou com outros produtos podendo ser usado de acordo com os objetivos de determinada obra de terra conforme a Figura 53 Figura 53 Geocomposto usado para drenagem de água em estrada Fonte Disponível em httpsbitly3xJDfWO Acesso em 10 de agosto de 2021 Georrede GN material com aparência semelhante à das grelhas formados por duas séries de membros extrudados paralelos que se interceptam em ângulo constante a sua função é predominantemente de drenagem Figura 54 Figura 54 Georrede na construção de talude de aterro sanitário Fonte Disponível em httpsbitly3A6ESB5 Acesso em 10 de agosto de 2021 81 Geogrelhas GG material sintético com forma de grelha e sua função é aplicada como reforço de solos Figura 55 Figura 55 Processo de inserção de geogrelha na pavimentação de estrada Fonte Disponível em httpsbitly3beIRkh Acesso em 10 de agosto de 2021 Geomanta GA apresenta uma estrutura tridimensional permeável usada para controle de erosão superficial do solo quando é biodegradável é chamada de biomanta que está representada na Figura 56 abaixo Figura 56 Uso de geomantas em um bairro periférico de Salvador BA Fonte Disponível em httpglobo3QzHwVx Acesso em 10 de agosto de 2021 Geotubo GP produto de forma tubular com a função drenante Figura 57 Figura 57 Uso de geotubo para drenagem de água de rodovia Fonte Disponível em httpsbitly3QwKz0F Acesso em 10 de agosto de 2021 82 Dentre os geossintéticos os geotêxteis possuem uma variedades de tipos e suas aplicações são definidas em função do tipo da obra e a que se destina conforme a NBR 1255399 Geotêxtil não tecido GTN produto composto por fibras cortadas ou filamentos contínu os distribuídos aleatoriamente os quais são interligados por processos mecânicos tér micos ou químicos Geotêxtil não tecido agulhado GTNA fibras interligadas mecanicamente por processo de agulhagem Geotêxtil não tecido termoligado GTNT fibras interligadas por fusão parcial obtida por aquecimento Geotêxtil não tecido resinado GTNR fibras interligadas por meio de produtos químicos Geotêxtil tecido GTW produto oriundo do entrelaçamento de fios monofilamentos ou laminetes fitas seguindo direções preferenciais denominadas trama e urdume Geotêxtil tricotado GTK produto oriundo do entrelaçamento de fios por tricotamento FIQUE ATENTO Os geossintéticos possuem diversas aplicações reforço filtração drenagem proteção separação impermeabilização e controle de erosão Inclusive em determinadas aplicações podem desempenhar várias funções simultaneamente A utilização de geossintéticos em obras geotécnicas vem aumentando nos últimos 40 anos no Brasil muitos desses produtos são substituições aos materiais de construção tradicionais e como reforço dos materiais naturais Assim ao substituir um material natural seja um solo uma areia brita ou enrocamento é necessário que o geossintético atenda às mesmas funções em termos de durabilidade permeabilidade deformabilidade e resistência Geossintéticos podem ser usados como drenos e filtros em construções geotécnicas em adição ou substituição aos materiais granulares tradicionais Geossintéticos são mais fáceis de instalar e normalmente apresentam valores de custo menores comparando com os materiais granulares presentes na região quando não cumprem as especificações de projeto são raros ou têm seu uso restritos por questões de legislação ambiental Os materiais geossintéticos que têm a função de filtrar e drenar água principalmente são os geotêxtis geocompostos georredes e geotubos Isto é esses geossintéticos agem como drenos que carregam o fluido através de solos com menor permeabilidade A drenagem portanto tem a função de recolher e transportar líquidos ou gases ao longo do plano de um geossintético agindo como um dreno Dessa maneira é preciso que os geossintéticos permitam a livre circulação de fluidos no seu plano e que as aberturas tenham dimensões que impeçam a passagem de partículas sólidas para o interior dos drenos As partículas retidas não devem bloquear ou colmatar as aberturas Os geossintéticos desempenham também o papel similar a um filtro de areia permitindo a livre passagem de água através do solo enquanto retêm as partículas sólidas Ou seja a filtração tem a função que envolve o movimento de fluidos através dos geossintéticos com um fluxo perpendicular ao plano dos materiais retendo ao mesmo tempo as partículas sólidas no sentido do fluxo No caso da filtração também não pode ocorrer colmatação dos poros dos geossintéticos durante o período de utilização do 62 GEOSSINTÉTICOS EM DRENOS E FILTROS 83 material Na Tabela 3 são apresentados os principais tipos de aplicação a utilização e as funções dos geossintéticos em variadas obras de terra estrada hidráulica ambiental e marítima Utilização Função Aplicação Aterros Drenagem e filtragem Dreno horizontal entre aterro e os solos saturados da fundação filtro durante a consolidação Estabilização e proteção de taludes Filtragem Filtro entre os solos do aterro e dispositivos de proteção dos taludes Pavimentos sobre solos moles Filtragem e drenagem Filtragem e drenagem dos solos saturados da base Túneis Drenagem Drenagem das águas Barragem de terra Drenagem e filtragem Tela drenante no núcleo da barragem Envolvi mento de drenos de brita Portos Filtragem Proteção de costa filtros entre solos naturais e enrocamentos de proteção Tabela 3 Aplicação de geossintéticos em diferentes situações Fonte Adaptado de Milagres 2016 Uma área de argila mole ou seja solo argiloso sedimentar de alta compressibilidade e baixa capacidade de suporte de carga é inadequada para suportar cargas de aterros Nesse tipo de área característico de região costeira ou próxima a rios e mangues qual tipo de geossintético pode ser utilizado Pensando em geossintéticos o uso de geogrelha ou geotêxtil pode ser empregado como reforço basal do aterro com boa resistência à tração e redistribuição dos carregamentos no aterro de conquista Além disso pode ser empregado o uso de geossintético associado a drenos verticais geodrenos garantindo a segurança no aterro provisório de sobrecar ga e aumentando a eficiência do adensamento dispostas sobre melhorias de solo mole como colunas granulares jet grount fornecendo aumento da resistência contra rupturas circulares e planares VAMOS PENSAR 62 GEOSSINTÉTICOS EM DISPOSIÇÃO DE RESÍDUOS Geossintéticos são utilizados para exercer muitas funções em instalações de tratamento de resíduos sólidos e líquidos Há um uso maior em lagoas de estabilização anaeróbias e aeróbias aterros sanitários para compor barreiras contrafluxos de base e na cobertura além de melhorar a evaporação de resíduos líquidos e desidratação de lodo por meio de geossintéticos permeáveis como os geotêxteis geotubos geomembranas georredes e geocompostos Quando se usa o termo resíduo é possível englobar uma grande diversidade de materiais como por exemplo resíduos com matéria orgânica resíduos de mineração 84 e resíduos industriais Portanto os resíduos podem ser direcionados para disposição ou passar por etapas de prétratamento com o intuito de redução de volume e da periculosidade ou aceleração de processos de degradação Na figura 58 podem ser observadas as diversas aplicações de geossintéticos em obras geotécnicas ambientais Figura 58 Usos de geossintéticos em diferentes situações a aterro sanitário b lagoa de estabilização c barragem de rejeitos de mineração e d barreira impermeabilizante Fonte a httpsbitly3zY7iga b httpsbitly3OaCa1l c httpsbitly3y68TPR d httpsbitly3HBnohQ Acesso em 25 jun 2021 As principais funcionalidades dos geossintéticos em áreas de disposição de resíduos conforme a NBR ISO 103182013 são Barreira uso de um geossintético para prevenir ou limitar a migração de fluidos Drenagem coleta e condução de águas pluviais águas subterrâneas e outros fluidos no plano de um geotêxtil ou produto correlato Filtração retenção do solo ou de outras partículas submetidas a forças hidrodinâmicas permitindo a passagem do fluido em movimento através ou no interior de um geotêxtil ou produto correlato Proteção limitação ou prevenção de danos localizados em um elemento ou material pelo uso de um geotêxtil ou produto correlato Reforço uso do comportamento tensão deformação de um geotêxtil ou produto correlato para melhorar o comportamento mecânico do solo ou de outros materiais de construção Separação prevenção da mistura de dois materiais adjacentes de natureza diferente solos ou material de aterro pelo uso de um geotêxtil ou produto correlato O uso de Geossintéticos no Brasil vem aumentando progressivamente nos últimos anos sobretudo para o uso de diversos tipos de materiais em diversas aplicações na geotecnia ambiental estradas aterros sanitários taludes ferrovias em lagoas de resíduos obras de mineração entre outras Para você ficar mais atento às inovações tecnológicas mas enteder a evolução do uso de geossintéticos no brasil eu sugiro a leitura de alguns capítulos de seu BUSQUE POR MAIS 85 interesse de dois livros que estão disponíveis em nossa biblioteca Seguem os links Link 1 httpsbitly3Oaksem Acesso em 24 jun 2021 Este livro é na verdade um manual técnico sobre o uso de geossintético ou seja uma normatização brasileira para o profissional que se destinar ao estudo dessa técnica de contenção de solo e rocha Link 2 httpsbitly3xGxxFl Acesso em 24 ju 2021 Este livro por outro lado é uma obra que retrata as diversas formas de utilização de geossintéticos ou melhor o autor faz uma divisão conforme as situações re forço de solo aplicação ambientais e hidráulicas sempre com o objetivo de se ter um olhar para a natureza 86 FIXANDO O CONTEÚDO 1 CESGRANRIO2012 As figuras a seguir apresentam diferentes utilizações de geossintéticos em 3 obras geotécnicas Nas obras 1 2 e 3 os geossintéticos assinalados têm respectivamente as seguintes funções principais a Contenção filtragem e reforço b Reforço filtragem e contenção c Reforço contenção e filtragem d Filtragem reforço e contenção e Contenção reforço e filtragem 2 O uso de geossintéticos em obras de terra tem se tornado uma prática comum em construções de engenharia civil e ambiental Um dos usos é na execução de muros de arrimo e taludes com o objetivo de reforço Analise as sentenças abaixo sobre os mecanismos do comportamento solo reforçado I O uso de geossintético para reforço contribui para aumentar a resistência de elasticidade do solo II Existe um mecanismo de transferência de tensões entre solo e reforço que é o atrito entre o maciço terroso e o geossintético de reforço III A compactação do solo quando se utiliza de geossintético de reforço não influencia nos mecanismos de estabilidade da infraestrutura É correto que se afirma em 87 a Apenas I b Apenas II c Apenas III d Apenas I e II e Apenas II e III 3 Associe o tipo de geossintético com a imagem correspondente e em seguida assinale a alternativa correta a I b II c III a IV d b I d II a III c IV b c I c II d III b IV d d I a II b III d IV c e I b II c III b IV a 4 ENADE2019 O talude rodoviário exposto na imagem a seguir apesar de ter um fator de segurança FS quanto à ruptura de 3 4 tem apresentado problemas pois quando chove partículas de solo são deslocadas pelo fluxo superficial da água Essas partículas se depositam sobre o acostamento e a pista além de assorear os mananciais vizinhos Fonte Disponível em httpsbitly3tRYq87 Acesso em 19 agosto 2021 Considerando a situação apresentada a solução correta para o problema é 88 a Capinação periódica do terreno para facilitar o escoamento das águas pluviais b Aumento da inclinação do talude método mais simples e barato para escoar a água com mais eficiência c Introdução de drenos horizontais profundos DHPs os quais retirarão com eficiência a água que escoa sobre o talude d Regularização do terreno introdução de vegetação utilização de geomantas ou biomanta e de drenagem superficial com o uso de canaletas e escadarias hidráulicas e Adoção de sistema do tipo solo atirantado com a finalidade de reforçar o talude e assim aumentar o coeficiente de segurança 5 O gráfico abaixo representa as produções indexadas entre o período de 1999 e 2018 referentes ao termo geossintético Gráfico Publicações por faixas anuais de teses de geossintéticos Fonte Disponível em httpsbitly3QDdLDd Acesso em 19 ago 2021 Considerando as informações apresentadas avalie as asserções a seguir e a relação proposta entre elas I O número de produções indexadas da pesquisa entre o período de 2014 e 2018 foi quase cinco vezes maior que o primeiro período estudado 1999 a 2003 PORQUE II Os geossintéticos são materiais em aplicação crescente em obras geotécnicas O baixo custo a facilidade de aplicação e sua versatilidade comparados à metodologias e materiais tradicionais resultam em interessantes materiais de construção o que justifica grande aumento da sua utilização A respeito dessas asserções assinale a opção correta a As asserções I e II são proposições verdadeiras mas a II não é uma justificativa correta da I b A asserção I é uma proposição verdadeira e a II é uma proposição falsa c As asserções I e II são proposições verdadeiras e a II é uma justificativa correta da I d A asserção I é uma proposição falsa e a II é uma proposição verdadeira e As asserções I e II são proposições falsas 89 6 NCEUFRJ2007 Geossintéticos são materiais para uso em I Reforço de solos e filtração II Drenagem separação de materiais e proteção mecânica III Adensamento de solos restauração de pavimentos erosão e impermeabilização Assinale a alternativa correta a Apenas as afirmações II e III são verdadeiras b Apenas a afirmação III é verdadeira c Apenas as afirmações I e III são verdadeiras d Apenas as afirmações I e II são verdadeiras e As afirmações I II e III são verdadeiras 7 Geossintéticos são utilizados para exercer muitas funções em instalações de tratamento de resíduos sólidos e líquidos Há um uso maior em lagoas de estabilização anaeróbias e aeróbias aterros sanitários para compor barreiras contrafluxos de base e na cobertura além de melhorar a evaporação de resíduos líquidos e desidratação de lodo por meio de geossintéticos permeáveis Cada tipo de geossintético apresenta características e propriedades que vão se adequar à sua função Em se tratando de uso de geossintéticos em resíduos pode se afirmar que as principais funções do a a Geocomposto são reforço e separação b Geomembrana são filtração e drenagem c Geotêxtil são proteção e reforço separação filtração e drenagem d Geotubo são proteção mecânica reforço separação e impermeabilização e Georredes são separação impermeabilização proteção mecânica e reforço 8 A NBR 1255399 classifica o geotêxtil como um produto têxtil bidimensional permeável composto de fibras cortadas filamentos contínuos monofilamentos laminetes ou fios formando estruturas tecidas não tecidas ou tricotadas cujas propriedades permitem que desempenhe várias funções numa obra geotécnica As propriedades que os geotêxteis possuem são a Físicas químicas hidráulicas e mecânicas b Físicas durabilidade químicas e biológicas c Físicas químicas biológicas e mecânicas d Físicas durabilidade elasticidade e tensionamento e Físicas hidráulicas mecânicas e durabilidade 90 RESPOSTAS DO FIXANDO O CONTEÚDO UNIDADE 1 UNIDADE 3 UNIDADE 5 UNIDADE 2 UNIDADE 4 UNIDADE 6 QUESTÃO 1 E QUESTÃO 2 C QUESTÃO 3 A QUESTÃO 4 D QUESTÃO 5 B QUESTÃO 6 A QUESTÃO 7 C QUESTÃO 8 E QUESTÃO 1 B QUESTÃO 2 D QUESTÃO 3 E QUESTÃO 4 C QUESTÃO 5 A QUESTÃO 6 C QUESTÃO 7 E QUESTÃO 8 D QUESTÃO 1 D QUESTÃO 2 C QUESTÃO 3 E QUESTÃO 4 B QUESTÃO 5 A QUESTÃO 6 D QUESTÃO 7 A QUESTÃO 8 B QUESTÃO 1 C QUESTÃO 2 D QUESTÃO 3 E QUESTÃO 4 A QUESTÃO 5 B QUESTÃO 6 C QUESTÃO 7 B QUESTÃO 8 E QUESTÃO 1 E QUESTÃO 2 D QUESTÃO 3 C QUESTÃO 4 B QUESTÃO 5 A QUESTÃO 6 D QUESTÃO 7 A QUESTÃO 8 C QUESTÃO 1 E QUESTÃO 2 B QUESTÃO 3 A QUESTÃO 4 D QUESTÃO 5 C QUESTÃO 6 D QUESTÃO 7 C QUESTÃO 8 E 91 ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS GEOSSINTÉTICOS TEMINOLOGIAS NBR 12553 Rio de Janeiro 2003 CAPUTO H P CAPUTO A N Mecânicas dos solos e suas aplicações Volume 1 e 2 7 edição Rio de Janeiro LTC 2015 CARVALHO J A Barragens de terra reservatório e estruturas hidráulicas Lavras UFLAFAEPE 2005 DAS B M SOBHAN K Fundamentos de engenharia geotécnica 8 edição São Paulo Cengage Learning 2014 FERNANDES M M Mecânica dos solos conceitos e princípios fundamentais Volume 1 São Paulo Oficina de Textos 2016 FREDLUND D G RAHARDJO H Soil mechanics for unsaturated soils JohnWiley Sons 1993 GERSCOVICH D DANZIGER B R SARAMAGO R Contenções teoria e aplicações em obras São Paulo Oficina de Textos 2016 GUIDICINI G NIEBLE C M Estabilidade de taludes naturais e de escavação São Paulo Blücher 1984 KANJI M A Estabilidade de taludes rochosos em obras civis In XII Congresso Brasileiro de Mecânica dos Solos e Engenharia Geotécnica COBRAMSEG Curitiba 2006 MARANGON M Apostila de Mecânica dos Solos II In Cap6 Empuxos de terra Faculdade de Engenharia NuGeoNúcleo de Geotecnia UFJF Edição 2018 MARCHETTI O Muros de arrimo 1 edição São Paulo Blücher 2007 MOLITERMO A Caderno de muros de arrimo 2 edição São Paulo Blücher 1994 PINTO C S Curso básico de mecânica dos solos em 16 aulas 3 edição São Paulo Oficina de Textos 2006 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS graduacaoeadfaculdadeunicacombr FACULDADE UNICA GRUPO Prominas EDUCAÇÃO E TECNOLOGIA