Estudo Geotécnico de Solos Argilosos Do Miocénico
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Faculdade de Ciências
Estudo geotécnico de solos argilosos
do Miocénico
7 de Junho, 2015 Relatório realizado no âmbito da disciplina de Projeto inserida na licenciatura em Geologia Aplicada e do Ambiente, da Faculdade de Ciências da Universidade de Lisboa, ano lectivo 2014/2015
Docente: Professor Doutor Fernando Marques
Alunos: Carlos Fonseca, 37535
Diogo Canelas, 41049
João Bernardo, 40450
Juliana João, 40483
Faculdade de Ciências da Universidade de Lisboa
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Índice
1.Introdução .................................................................................................................................. 5
1.1.Enquadramento da temática .............................................................................................. 5
1.2.Objectivos e estrutura do trabalho ..................................................................................... 5
2.Enquadramento Geral da área em estudo ................................................................................. 6
2.1.Enquadramento Geográfico ................................................................................................ 6
2.2.Enquadramento Geológico ................................................................................................. 7
2.3.Identificação e caracterização de escorregamentos ........................................................... 7
3.Metodologias ............................................................................................................................. 9
3.1.Metodologias de Campo ..................................................................................................... 9
3.2.Ensaios realizados em laboratório ...................................................................................... 9
3.2.1.Limites de Atterberg ...................................................................................................... 10
3.2.2.Ensaios de Corte-Directo ................................................................................................ 11
3.2.3.Ensaio de Expansibilidade LNEC ..................................................................................... 14
4.Interpretação dos resultados obtidos nos ensaios laboratoriais ............................................. 14
5.Análise e Retro análise do escorregamento ............................................................................ 16
5.1.Talude infinito (Sharma, 2001) .......................................................................................... 17
5.2.Análise em Slope/W .......................................................................................................... 18
5.2.1.Obtenção de dados base - Preparação dos perfis ...................................................... 18
5.2.2.Parâmetros físicos do material .................................................................................. 19
5.2.3.Análise do escorregamento ....................................................................................... 19
5.2.4.Retro análise dos escorregamentos ........................................................................... 20
5.3.Discussão das análises efectuadas .................................................................................... 22
6.Conclusão ................................................................................................................................. 24
7.Referências ............................................................................................................................... 25
8.Anexos ...................................................................................................................................... 26
Faculdade de Ciências da Universidade de Lisboa
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Agradecimentos
Gostaríamos de agradecer ao Professor Doutor Fernando Marques, orientador deste Projecto,
pois mostrou-se sempre disponível e presente para orientar o nosso trabalho e permitir assim a
nossa evolução nesta área. Obrigada por nos ter ajudado e oferecido conhecimentos que
certamente nos vão ser bastante úteis no futuro.
Muito obrigado à técnica Vera Lopes, por nós ter auxiliado no trabalho laboratorial, estando
sempre disponível para esclarecer dúvidas e partilhar metodologias de trabalho.
Agradecemos também à equipa de bolseiros mestres dedicados ao estudo de arribas e
vertentes, Sónia Queiroz, Luís Gouveia e Victor Garzon que nos acompanharam na recolha de
amostras em campo.
Faculdade de Ciências da Universidade de Lisboa
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Resumo:
Este relatório foi desenvolvido com o intuito de realizar uma caracterização geotécnica de solos
argilosos miocénicos da margem Sul do Tejo, entre Almada e a Trafaria, visto terem sido
afetados por fenómenos de instabilidade. Pretende-se contribuir para o conhecimento do
comportamento geotécnico dos terrenos que sofreram escorregamentos, recorrendo à
determinação laboratorial de propriedades índice culminando numa análise de estabilidade da
vertente afetada.
Abstract:
This report was developed with the aim to characterize geotechnical properties of Miocene
clayey soils in the southern Tagus margin given they were affected by slope instability
phenomena. It is intended to contribute to the overall knowledge of the terrain that suffered
the landslides using laboratorial analysis to determine certain soil properties, like cohesion and
shear strength, enabling to perform slope instability analysis.
Faculdade de Ciências da Universidade de Lisboa
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1.Introdução
1.1.Enquadramento da temática
A instabilidade de vertentes constitui um conjunto de fenómenos de origem natural ou
antrópica que implicam o deslocamento em massa, de solos e rochas de posições mais elevadas
para outras mais baixas numa encosta (natural) ou num talude (artificial- em aterro ou em
escavação), Marques (2013).
Os impactes socioeconómicos associados a esta problemática motivaram o aumento do número
de estudos de fenómenos nas últimas décadas, envolvendo diversas áreas como Geologia,
Geomorfologia, Geologia de Engenharia e Geotecnia.
Os estudos desenvolvidos nestas áreas contribuíram para o aprofundamento do conhecimento
dos processos físicos, mecanismos associados e causas responsáveis pela evolução
geomorfológica das vertentes.
As recentes metodologias de base física sofreram melhorias significativas, apesar de todas as
suas limitações, devido à revolução computacional, possibilitando a realização de inúmeras
iterações simultâneas, usando os parâmetros físicos do solo, declive, nível piezométrico,
solicitações externas, etc.
A região de Almada tem sido bastante estudada no âmbito da instabilidade de vertentes, arribas
e taludes, uma vez que apresenta diversos fenómenos já identificados e os materiais
constituintes da região estão frequentemente associados a fenómenos de instabilidade. Os
trabalhos elaborados nos últimos anos incluem identificação e inventariação de fenómenos de
instabilidade, e também cartografia da região com avaliação da susceptibilidade à ocorrência
movimentos de massa.
1.2.Objectivos e estrutura do trabalho
O presente Estudo é realizado no âmbito da disciplina de Projecto, do 4ºano, 2º semestre, do
curso de Geologia, na Faculdade de Ciências da Universidade de Lisboa. O principal objectivo
deste trabalho consiste na caracterização geotécnica dos solos argilosos do Miocénico que
compõem as vertentes da margem sul do Tejo, compreendidas entre Almada e Trafaria,
recorrendo a ensaios laboratoriais de determinação das propriedades físicas do material.
O estudo incide em dois escorregamentos identificados pelo grupo de mestres dedicados ao
estudo de arribas e vertentes situadas no concelho de Almada, Sónia Queiroz e Luís Gouveia.
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Inicialmente procedeu-se a uma caracterização do material solo que constitui os
escorregamentos. Realizou-se uma campanha de campo para reconhecimento das condições de
terreno e verificar os limites das áreas instabilizadas, assim como eventuais danos em
estruturas. Foram colhidas amostras indeformadas das unidades aflorantes, que foram
posteriormente submetidas a ensaios laboratoriais para a determinação das propriedades
físicas do material, que permitiram uma caracterização geotécnica do mesmo.
O processo de caracterização geotécnica do material constituinte envolveu ensaios de corte
directo, obtendo-se os valores de resistência ao corte, que por sua vez possibilitaram o cálculo
do ângulo de atrito interno e a coesão, limites de consistência e expansibilidade LNEC.
Posteriormente, recorrendo aos dados obtidos laboratorialmente das propriedades físicas do
material, procedeu-se a análises de sensibilidade da instabilidade da vertente recorrendo a
metodologias de equilíbrio limite onde se obtém o factor de segurança associado à respectiva
superfície de ruptura.
2.Enquadramento Geral da área em estudo
2.1.Enquadramento Geográfico
A área em estudo localiza-se na região da Grande Lisboa, no distrito de Setúbal, concelho de
Almada, União de freguesias da Caparica e Trafaria, mais precisamente na localidade da Trafaria
(38º 40’ 11’’ N; 9º 14’ 20’’ W).
Figura 1 - Enquadramento geográfico do local em estudo
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2.2.Enquadramento Geológico
O concelho de Almada é abrangido na Carta Geológica de Portugal pelas folhas 34-C (Cascais),
34-D (Lisboa) e 38-B (Setúbal), à escala 1: 50 000 dos Serviços Geológicos de Portugal. Insere-se
na Bacia Terciária do Tejo-Sado, verificando-se na região norte fundamentalmente formações
pertencentes ao Miocénico e na região sul formações aflorantes de idade Pliocénica, Plio-
Plistocénica e Quaternária.
As rochas sedimentares dominam o elenco litológico concelhio, formadas em grande parte por
depósitos marinhos do Miocénico, cobertos por vários depósitos de sedimentos aluviais
carreados pelo antigo Tejo, ao longo de milhões de anos.
O Miocénico é caracterizado por depósitos continentais alternados por outros marinhos,
característicos de uma alargada planície aluvial, em forma de estuário, aberta ao Oceano e
sujeita a transgressões/regressões do mar.
Entre a região de Trafaria e Almada afloram sedimentos miocénicos dispostos em monoclinal
com direção E-W a WSW-ENE aproximadamente, e inclinados 6o para Sul. Sobre estes
sedimentos a sul das Colinas de Trafaria-Almada assentam sedimentos pliocénicos em
paraconformidade, apenas presentes cerca de 2 a 3 km.
Neste trabalho analisam-se amostras de idade Miocénica, da unidade denominada Argilas Azuis
do Forno do Tijolo, de forma a compreender os movimentos de massa que têm ocorrido nesta
unidade, com área de afloramento significativa neste Concelho.
2.3.Identificação e caracterização de escorregamentos
A identificação dos fenómenos de instabilidade que afectam o concelho de Almada tem vindo a
ser desenvolvida por um grupo de mestres bolseiros da Faculdade de Ciências. Os meios
utilizados para a identificação destes fenómenos baseiam-se no reconhecimento de elementos
indicadores de movimentos de massa (cicatrizes, depressões, elevações), recorrendo a
teledetecção.
Com recurso ao BingMaps que utiliza imagem de satélite (software gratuito) é possível
identificar os dois escorregamentos, pela observação directa das cicatrizes superficiais
resultante da rotura.
A vertente em estudo tem uma direcção aproximada Norte-Sul e inclinação de
aproximadamente 18-20o para Oeste. O comando da encosta é de cerca de 80 metros que se
encontra coberta por vegetação de densidade variável.
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A área em estudo incorpora dois escorregamentos, posicionados a cotas diferentes, intercalados
por um nível calco-arenítico de espessura reduzida e pouco resistente, que não é afectado pelos
movimentos de massa.
Os movimentos observados são escorregamentos rotacionais de grande extensão e
profundidade máxima estimada na ordem dos 3 a 4 metros. A estimação deste valor advém da
observação de campo. Pela Classificação de Varnes (1978), os escorregamentos rotacionais
caracterizem-se por movimentos de velocidade de ocorrência moderadamente rápidos a
rápidos, diminuído geralmente a sua velocidade consoante o aumento da dimensão do
movimento.
Através da observação em terreno foi possível identificar fenómenos provocados pelos
movimentos de massa, como por exemplo as escarpas superiores dos escorregamentos,
inclinação acentuada de postes telefónicos e árvores situados sobre as massas de solos
deslocados.
Esquema 1 Fotografia aérea onde se verificam as escarpas geradas pelos escorregamentos
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3.Metodologias
3.1.Metodologias de Campo
A deslocação ao campo, realizada no dia 27 de Fevereiro de 2015, à zona de Trafaria, concelho
de Almada, teve especial incidência em dois escorregamentos, sobre os quais se desenvolve este
projecto.
O processo de amostragem foi realizado com o auxílio de uma pá, procedendo-se a uma
compartimentação aproximadamente cúbica do material, sendo que o material recolhido foi
prontamente catalogado e conservado num saco de plástico.
A amostragem de material destes dois escorregamentos foi fortemente influenciada pelo facto
de se ter verificado a ocorrência de fenómenos de pluviosidade significativa nos dias que
antecederam a deslocação ao campo, o que, apesar de facilitar o processo de amostragem, faz
com que estas percam a sua estrutura mais facilmente, obrigando assim a cuidado acrescido na
conservação destas.
A amostragem dos escorregamentos não foi representativa do plano de escorregamento, que
se situava a maiores profundidades, o que seria expectável dado que não foi possível utilizar
material que permitisse a recolha de amostras a maior profundidade, como um trado manual.
A profundidade expectável dos planos de escorregamento seria próxima da superfície, visto que
se tratam de dois escorregamentos na mesma encosta, que se encontram intercalados por uma
camada calco-arenítica pouco espessa e de resistência relativamente baixa que não foi
aparentemente mobilizada pelos dois movimentos. Estas observações sugerem que não se
tratava de um escorregamento mais profundo, caso em que a camada arenítica seria também
afectada e provavelmente toda a encosta se movimentaria, ao invés de duas massas separadas.
3.2.Ensaios realizados em laboratório
Em laboratório procedeu-se à escolha de uma amostra, de entre as várias recolhidas, que
reunisse as melhores condições in situ do solo, ou seja, a amostra argilosa, da qual seriam
expectáveis menores valores de resistência ao corte. As amostras encontravam-se algo
desagregadas devido à descompressão que sofreram ao serem retiradas do solo, e inevitável
dano sofrido no transporte das mesmas.
Para a realização dos ensaios de corte directo pretendiam-se blocos prismáticos de amostra
indeformada, e apenas uma amostra , E4, se encontrava nas condições ideais.
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De modo a caracterizar da melhor forma o material escorregado, seria desejável que os vários
ensaios laboratoriais fossem realizados na mesma amostra, com o objectivo de obter os vários
parâmetros físicos do solo.
Os ensaios realizados foram: Limites de liquidez, plasticidade e retracção; Expansibilidade LNEC;
Ensaio de Corte Direto.
3.2.1.Limites de Atterberg
No contexto da caracterização do material solo, foram realizados ensaios para a determinação
dos limites de consistência, seguindo a norma portuguesa (NP-143 de 1969). A determinação
destes limites tem como objectivo a caracterização do material solo no que respeita a influência
da água no seu comportamento mecânico, fornecendo informação quantitativa sobre o teor de
água responsável pela mudança de comportamento. Estes ensaios permitem caracterizar o
material solo em relação ao seu comportamento geotécnico expectável.
Os limites de Atterberg, ou consistência, são cruciais na caracterização dos sucessivos estados
do solo. Entende-se que o comportamento do solo argiloso varia em função tanto das suas
propriedades intrínsecas, como do teor em água num dado momento, traduzindo-se
essencialmente em 4 comportamentos distintos. Para teores de água muito elevados a mistura
água-solo tende a comportar-se com um líquido viscoso. Com a redução do teor de água, esta
passará a ter comportamento plástico, ou seja, moldável, em que a aplicação de pressão é
acompanhada por deformação permanente, abaixo do limite de liquidez. Prosseguindo a
redução do teor de água, abaixo do limite de plasticidade, o comportamento do solo
eventualmente torna-se elasto-plástico, atingindo o comportamento de um sólido, elástico para
valores de teor de água inferiores ao limite de retração, em que a redução do teor de água já
não tem expressão em perda de volume do solo.
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A diferença entre os teores em água do limite de liquidez e limite de plasticidade permite obter
o índice de Plasticidade e projectar os resultados na Carta de Plasticidade de Casagrande.
Índice de Plasticidade (Ip) = Limite de liquidez (wl) - Limite de plasticidade (wp)
Ip=26,32-19,47= 6,85
3.2.2.Ensaios de Corte-Directo
Foram realizados ensaios de corte-directo, seguindo a norma (ASTM D 3080-98), com o objectivo
de determinar a resistência ao corte do material solo, obtendo assim valores de coesão e ângulo
de atrito interno representativos do material afectado pelos escorregamentos e que poderiam
contribuir para o conhecimento das condições da sua ocorrência.
Dividiram-se os ensaios em duas fases, cada fase com três provetes preparados da mesma
amostra. A primeira fase foi realizada em provetes talhados directamente da amostra recolhida
no campo, ou seja, não deformados. A segunda fase de ensaios foi realizada com provetes de
material remexido, saturado manualmente, na tentativa de atingir uma boa saturação da
amostra, e compactada seguindo a técnica do ensaio de compactação Proctor com energia de
compactação leve. Cada fase consta de três ensaios com tensões normais diferentes. Estes
foram realizados com tensões normais de 95.1, 176.85 e 258.6 kPa, considerados como ideais
na obtenção de uma boa dispersão de dados. Os ensaios foram realizados em condições
consolidadas, com tempos de consolidação geralmente superiores a 24 horas, e com velocidade
de corte de 0,032 mm/min, julgada suficientemente baixa para se poder considerar os
resultados como próximos de condições drenadas, ou seja, correspondendo a valores de coesão
e ângulo de atrito interno em condições próximas de tensões efectivas.
Teo
r em
águ
a
Comportamento Limite
Líquido
Plástico
Liquidez
Elástico e plástico
Plasticidade
Elástico
Retracção
Teor de água (%)
Limite de
liquidez 26,32
Limite de
plasticidade 19,47
Limite de
retracção 13,56
Tabela 1 – Esquema do comportamento do solo relativamente ao teor de água e valores dos Limites de Consistência obtidos laboratorialmente
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Resultados obtidos:
Gráfico 1 - Tensão de corte vs. Tensão normal da amostra E4 -Inderformada
y = 0,7067xR² = 0,9793
0
50
100
150
200
250
0 50 100 150 200 250 300
Res
istê
nci
a ao
co
rte,
τ(k
Pa)
Tensão vertical σ v (kPa)
E4 - Indeformada
v pico residual
Amostra (kPa) (kPa) (kPa)
E4P3 95,1 68,7 60,8
E4P2 176,9 114,6 107,6
E4P1 258,6 189,3
E4P3.1 95,1 71,7
E4P2.1 176,9 129,5
E4P1.1 258,6 191,3 Tabela 2 - Valores de resistência ao corte obtidos com os ensaios de corte-directo
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Gráfico 2 - Tensão de corte vs. Tensão normal da amostra E4- Remoldada
Ao analisar a dispersão dos dados, regista-se que na 1ª fase de ensaios a recta de tendência não
cruza todos os pontos. Inicialmente, o 2º valor, que correspondente ao 2º ensaio, com tensão
normal de 176,9 kPa, afastava-se ligeiramente da recta indicando uma progressão não
totalmente linear desta, e que por sua vez indicava um valor de coesão negativo. Visto este valor
negativo não ser representativo de um valor de coesão real, fez-se passar a recta de regressão
pela origem dos eixos no ponto (0,0), ou seja, obtendo um valor de coesão nulo, tal como se
observa no gráfico 1.
Na caracterização da 2ª fase de ensaios, regista-se que embora estes tenham sido preparados
com métodos diferentes, os resultados obtidos são bastante próximos. Os valores de tensão de
corte de pico obtidos no 1º e 3º ensaio são virtualmente iguais, e o 2º ensaio apresenta um valor
de tensão corte ligeiramente superior, diferença de 15 kPa, porém, oferece uma melhor
progressão linear, como se observa no gráfico 2.
y = 0,7313x + 1,5295R² = 0,9996
0
50
100
150
200
250
0 50 100 150 200 250 300 350
Re
sist
ên
cia
ao c
ort
e, τ
(kP
a
Tensão vertical σ v (kPa)
E4 - Remoldada
Provete Slope c (kPa) ф (°)
E4P1-E4P3 0,7 0,0 35,2
E4P1.1-E4P3.1 0,7 1,5 36,2
Tabela 3 - Valores de coesão e ângulo de atrito interno, obtidos através dos ensaios de corte-directo.
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3.2.3.Ensaio de Expansibilidade LNEC
O ensaio de expansibilidade LNEC é realizado, seguindo a especificação E-200 (1967), com o
intuito de determinar a expansibilidade livre de amostras de solo, ou seja a expansibilidade da
amostra quando esta não se encontra confinada ou sujeita a cargas que limitem a sua
capacidade de expansão.
Os resultados deste ensaio, que correspondem à razão entre a variação da altura da amostra e
a sua altura inicial, são expressos sob a forma de percentagem.
Gráfico 3- Resultados obtidos com o Ensaio de Expansibilidade
A variação da altura de solo aumentou consideravelmente nos primeiros minutos do ensaio,
nomeadamente até aos 10 min e de seguida a variação procedeu-se a forma mais lenta até
estabilizar em valores na ordem de 4,6%, como se observa no gráfico 3.
4.Interpretação dos resultados obtidos nos ensaios laboratoriais
Com os valores obtidos em laboratório é possível aferir sobre certas características do
material, importantes na caracterização do escorregamento e na classificação geotécnica
deste.
Os baixos teores de água obtidos nos Limites de Consistência indicam tratar-se de um solo com
uma forte componente siltosa. Na caracterização de solos destaca-se a Classificação Unificada,
destinada a orientar a utilização de solos como material de aterro. O valor do limite de liquidez
e Índice de Plasticidade, obtidos laboratorialmente, projetam-se diretamente na Carta de
0
1
2
3
4
5
1 10 100 1000 10000 100000
vari
ação
de
alt
ura
(%
)
Tempo (min) * 100
Ensaio de Expansibilidade
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Plasticidade de Casagrande, Anexo 2, obtendo assim uma classificação do solo. Com a projecção
da amostra obtém-se uma classificação CL-ML, (CL-Clay Low plasticity e ML- Mud Low plasticity),
que corresponde a argila magra (CL) e silte (ML), segundo a Classificação de solos ASTM D 2487-
85, ou seja, uma argila siltosa. Uma outra classificação utilizada regularmente é a classificação
AASHTO, Anexo 1, que utiliza os limites de liquidez e índice de plasticidade para classificar o
comportamento geotécnico esperado. Segundo esta classificação o material constituinte mais
comum é solos siltosos, tendo um comportamento geotécnico esperado Regular a Mau, ou seja,
A4. Com o cálculo dos limites de consistência obtém-se também o peso volúmico seco do
material, calculado como 18,15 kN/m3. De notar que este valor é representativo do material que
se encontra à superfície visto que a amostra foi recolhida a cerca de 25 centímetros de
profundidade. É de esperar que este valor se altere com o aumento da profundidade, ou seja, o
material que terá efetivamente sofrido rotura e provocado o escorregamento apresente pesos
volúmicos ligeiramente mais elevados.
Os resultados obtidos nos ensaios de corte-directo permitem calcular os valores de coesão e de
ângulo de atrito interno, propriedades estas cruciais na compreensão do comportamento
mecânico do material solo. Em ambas as fases de ensaios, obtiveram-se valores de tensão de
pico bastante próximos, e por consequência valores de coesão e angulo de atrito interno
semelhantes. A coesão é a característica dos materiais argilosos mais importante na
determinação e avaliação da resistência ao corte. Na 1ª fase de ensaios o valor de coesão obtido
foi nulo o que indica que este material tem uma resistência ao corte muito fraca, coerente com
a ocorrência dos escorregamentos. Na 2ª fase de ensaios o valor obtido foi de 1.53 kPa, que
embora seja superior ao obtido na 1ª fase, continua a ser diminuto. Estes valores de coesão
obtidos são explicados com a proximidade das amostras à superfície. Os valores de coesão
tendem a sofrer alguma redução com a proximidade à superfície, pois o material sofre alguma
descompressão e é alvo de processos erosivos que reduzem as capacidades deste. Estima-se
portanto que os valores de coesão do material aumentem com a profundidade, e que o material
que sofreu rotura e provocou o escorregamento registasse valores de coesão mais elevados.
Para o ângulo de atrito interno, os valores obtidos, de 35o e 36o, foram considerados altos tendo
em conta a classificação feita anteriormente, porém, não se afastam drasticamente do valor
médio de 30o, típico de solos argilo-siltosos.. Uma razão para os elevados valores de ângulo de
atrito poderá residir nos inevitáveis problemas de saturação das amostras.
Com os dados obtidos do Ensaio de Expansibilidade LNEC, constata-se que o material não
apresenta fortes características expansivas. Este resultado encontra-se dentro do expectável
visto tratar-se de material com uma forte componente siltosa.
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5.Análise e Retro análise do escorregamento Neste capítulo serão descritas as metodologias de base física que permitem a quantificação da
instabilidade de vertentes através de métodos de equilíbrio limite. Pretende-se efectuar uma
análise rigorosa através do método do talude infinito e com recurso ao Slope/W, um software
computacional, inserido no pacote Geostudio da Geo-SLOPE International.
As duas metodologias que vão ser usadas na análise da estabilidade da vertente usam métodos
de cálculo diferentes, logo é expectável que os resultados obtidos não sejam iguais mesmo
usando os mesmos parâmetros físicos. Estas metodologias constituem uma aproximação aos
mecanismos físicos e factores influentes na instabilidade de uma vertente. São também
descritas as metodologias necessárias à obtenção dos dados de base para a realização das
análises.
O objectivo inicial desta análise, recorrendo a metodologias de base física, consiste na avaliação
da qualidade dos parâmetros resultantes dos ensaios laboratoriais, e se estão concordantes com
as características in situ do solo.
A estabilidade de uma vertente pode ser descrita em termos quantitativos pelo Factor de
Segurança (FS), valor adimensional, que resulta da razão entre as forças resistentes e as forças
instabilizadoras. Para um FS unitário ou abaixo deste valor, a vertente fica instável e entra em
rotura.
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5.1.Talude infinito (Sharma, 2001)
Ao utilizar-se o método do talude infinito (de acordo com a formulação proposta por Sharma,
2001) relaciona-se a coesão e o ângulo de atrito interno de um material, com a espessura da
camada instável, a profundidade do nível freático, a inclinação da encosta e os pesos volúmicos
natural, submerso e saturado, permitindo obter um valor para o factor de segurança.
No caso de estudo utilizaram-se valores fixos de coesão de 1,5 e 5 kPa, e valores fixos de ângulo
de atrito interno de 25o, 30 o e 35 o, sendo que sempre que se fixava um dos parâmetros,
acertava-se o outro até ao valor de FS mais próximo de 1, sem ser menor que este. Os acertos
foram efetuados à casa decimal no caso da coesão, e às unidades para o ângulo de atrito interno.
As tabelas apresentadas resumem os dados obtidos ao efetuarem-se os cálculos segundo o
método do talude infinito, onde os valores fixados em cada iteração surgem coloridos a azul,
como forma de os destacar dos restantes, que foram sucessivamente modificados até que se
alcançasse um valor próximo do pretendido para FS.
Realça-se que o valor assumido para a espessura de solo instável saturado é de 4 metros, tal
como para a espessura de solo instável, o que se traduz num valor de m (razão entre os dois
parâmetros referidos) igual a 1, significando que toda a camada de solo potencialmente instável
se encontra saturada, e portanto que o nível freático estava à superfície no momento da rotura.
Ao construir-se a tabela do método aqui desenvolvido, verificou-se que seria necessário
compreender a influência do valor do peso volúmico saturado, sendo que se assumiu
inicialmente um valor de 20,7 KN/m3, variando-se depois para 22,7 KN/m3 e 18,7 KN/m3.
Verificou-se que, ao proceder-se a estas variações, a modificação de FS decorre às centésimas
de unidade, o que, apesar de ser a uma escala diminuta, é relevante, visto que a modificação
dos valores de coesão e ângulo de atrito interno gera modificações que são aproximadamente
metade da variação ocorrida ao alterar-se o valor do peso volúmico saturado.
Esquema 2 Metodologia de talude infinito, equação de cálculo e legenda das componentes
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Realça-se o facto de que o valor de ângulo de atrito interno determinado em laboratório ser
superior ao valor que este método indica como sendo o limite abaixo do qual ocorre rotura (FS
<1), quando se considera a coesão como sendo nula.
5.2.Análise em Slope/W
O software utilizado foi o Slope/W, que analisa a estabilidade dos maciços terrosos recorrendo
aos métodos de equilíbrio limite, mais propriamente ao método das fatias aplicável a
escorregamentos com superfícies de rotura circulares. Assim a análise do equilíbrio da massa
potencialmente deslizante fica facilitada com recurso a uma divisão da secção em fatias de faces
verticais, onde se calculam todas as forças actuantes. Dessa forma o factor de segurança é
definido em termos dos momentos em relação ao centro do arco da superfície de ruptura.
Usou-se o método de análise de Morgenstern-Price (1965), extremamente rigoroso e complexo,
que comparativamente a outros métodos de equilíbrio limite, tem como vantagem adicional
permitir a consideração de superfícies de deslizamento com qualquer forma.
A modelação foi preparada para um nível freático muito perto da superfície, aplicando a
correcção freática, reduzindo assim a estabilidade do maciço terroso e aproximando-o do seu
estado limite.
5.2.1.Obtenção de dados base - Preparação dos perfis
O Slope/W necessita de um perfil que seja concordante com a morfologia da vertente antes do
escorregamento e que seja representativo do mesmo em toda a sua extensão.
Para fazer a análise foi necessário obter vários perfis dos escorregamentos, e para isso usou-se
um MDT obtido através das curvas de nível do local. Procedeu-se de seguida à escolha dos perfis
que melhor representavam o problema.
O procedimento seguinte foi a reconstrução do perfil original do terreno antes do
escorregamento, de maneira a recriar as condições iniciais ante-deslocamento de massa.
A construção do perfil em profundidade envolveu uma separação do terreno em duas unidades,
uma vez que a zona superior se encontra bastante mais alterada e com propriedades
geotécnicas de mais fraca qualidade, como é comum ocorrer em solos coesivos.
A camada superior (UpperSoil) foi projetada com espessura de 4 metros estimada como sendo
a espessura máxima da camada, optando assim por uma estimativa conservadora. A camada
inferior (Miocene) serviu como “bedrock”.
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19
Quanto aos métodos de definição da superfície de ruptura, usou-se a opção Grid & Radius para
obter uma ideia geral da estabilidade total do talude, e as opções de Entry & Exit com range
situado na zona de entrada e saída estimada da ruptura observada e também pela opção de
Point para uma análise concordante com a superfície de ruptura observada.
5.2.2.Parâmetros físicos do material
O software necessita dos parâmetros físicos (c’, ’ e n) do solo para realizar a análise de
estabilidade. A coesão e o ângulo de atrito interno resultaram dos ensaios de corte directo e o
peso volúmico natural foi estimado através dos limites de Atterberg.
Unidades
UpperSoil Miocene
c’ (kPa) 1,5 15
’ (º) 35 35
n (kN/m3) 20,7 20,7 Tabela 4 - Pârametros iniciais da análise pelo Slope/W
5.2.3.Análise do escorregamento
Com o objectivo de avaliar se os dados obtidos em laboratório representam as características in
situ dos solos estudados procedeu-se a uma análise de sensibilidade da encosta, calculando o
factor de segurança associado.
Os resultados obtidos mostram que os parâmetros c’ e ’ obtidos em laboratório eram
superiores ao esperado, comum em trabalhos deste género, uma vez que é bastante difícil
recriar em laboratório as condições de saturação local.
O factor de segurança resultante das análises efectuadas em ambos os escorregamentos e nos
vários perfis ensaiados foi sempre superior a 1, caracterizando a vertente como estável,
contrariamente àquilo que se verificou com os escorregamentos ocorridos. Ainda assim o perfil
superior apresentou gamas de valores de factor de segurança ligeiramente inferiores, explicados
devido à inclinação geral da vertente ser superior.
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20
Figura 3 Análise em Slope/W do escorregamento superior usando os parâmetros iniciais extraídos dos ensaios
laboratoriais.
5.2.4.Retro análise dos escorregamentos
Uma vez que na análise efectuada se concluiu que os parâmetros físicos obtidos em laboratório
não correspondem à realidade procedeu-se a uma retro análise no Slope/W fazendo variar os
parâmetros físicos do solo de modo a perceber as modificações na estabilidade da vertente.
Figura 2 - Análise em Slope/W do escorregamento inferior usando os parâmetros iniciais extraídos dos ensaios laboratoriais.
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21
Esta variação dos parâmetros foi feita apenas na camada superior (UpperSoil), onde a redução
da coesão se faz notar efectivamente na estabilidade do maciço, uma vez que os
escorregamentos estudados são bastante superficiais. Obtiveram-se então a conjugação de
valores limite, coesão e ângulo de atrito interno, abaixo dos quais ocorre rotura (Tabelas 5 e 6).
Uma vez que a análise foi efectuada usando o nível freático próximo da superfície, optou-se por
não incluir nesta gama de valores as variações do peso volúmico natural, usando sempre o valor
de 20,7 KN/m3 calculado a partir da informação obtida em laboratório.
Gama de Valores
Min Max
c’ (kPa) 0 1,5
’ (o) 27,15 29,6 Tabela 5 Gama de valores necessários para ocorrer escorregamentos na vertente inferior.
Gama de Valores
Min Max
c’ (kPa) 0 1,5
’ (o) 31,9 34,4 Tabela 6 Gama de valores necessários para ocorrer escorregamentos na vertente superior.
Figura 4 Retro análise no escorregamento inferior usando c'=1,5 kPa e ’ =27,15o
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22
5.3.Discussão das análises efectuadas
Através das análises efectuadas com recurso ao talude infinito e ao Slope/W foi possível verificar
que os resultados obtidos nos ensaios laboratoriais não seriam totalmente representativos das
características in situ do material solo. As diferenças podem ser explicadas por dificuldades na
amostragem, complicações em recriar as condições de saturação in situ, efeito de escala e
eventualidade da amostra colhida não representar da melhor forma as propriedades físicas do
material presente na superfície de escorregamento.
A análise realizada no talude infinito apresenta resultados de factor de segurança sempre
inferiores comparativamente à análise pelo Slope/W. O que leva a concluir que o método do
talude infinito é mais conservador que a metodologia utilizada na análise realizada no Slope/W.
Analisando-se os dados obtidos através do método do talude infinito é possível concluir que o
peso volúmico saturado foi o parâmetro mais influente, dentro daqueles que foram alvo de
modificação, o que é contrário ao resultado que seria expectável, isto é, de que a coesão fosse
o parâmetro de maior influência neste caso de estudo, visto tratar-se de um escorregamento
pouco profundo (4 metros no máximo), ainda que esta seja de maior relevância no resultado
obtido de FS do que o valor do ângulo de atrito interno. Caso se tratasse de um escorregamento
Figura 5 Retro análise no escorregamento superior usando c'=1,5 kPa e ’ =31,9o
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mais profundo, então a influência da coesão diminuiria, em detrimento de um aumento da
relevância do valor de ângulo de atrito interno.
Os resultados obtidos através da análise realizada no software Slope/W, mostram que a variação
da estabilidade no talude está intimamente influenciada pela coesão do solo, e por sua vez o
ângulo de atrito interno e peso volúmico natural tem menor preponderância na estabilidade. A
diminuição em uma unidade na coesão (kPa) reduz duas vezes mais o valor do factor de
segurança obtido, comparativamente à diminuição de uma unidade quer no ângulo de atrito
interno (o), quer no peso volúmico natural (KN/m3).
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24
6.Conclusão
O principal objectivo deste projecto foi alcançado com sucesso, podendo contribuir para
trabalhos futuros na região.
Realizaram-se ensaios laboratoriais que permitiram caracterizar o solo do ponto de vista
geotécnico, obtendo classificações CL-ML (Unificada - Argilas e Siltes com baixa plasticidade) e
A4 (AASHTO), e conhecer os seus parâmetros de resistência (c’ e ’), que serviram como valores
de referência para as análises de sensibilidade realizadas.
Na análise de sensibilidade dos escorregamentos, foi possível estimar os valores limite, de
coesão e angulo de atrito interno, para o qual efetivamente ocorrem os escorregamentos. Esta
gama de valores encontram-se associados aos valores obtidos nos ensaios laboratoriais, onde
as variações verificadas justificam-se pelo reduzido número de amostras ensaiadas, pela
dificuldade inerente de recriar as condições in situ, saturação e estado de tensão local, e pela
margem de incerteza associada a este tipo de estudos.
Porém, regista-se o facto de com um conjunto limitado de ensaios, e tempo, foi possível obter
uma gama de dados significativos e consistentes que permitiram contribuir para a compreensão
e caracterização da vertente estudada.
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25
7.Referências
Matos Fernandes, M. (2006) – Mecânica dos Solos, Conceitos e Princípios
Fundamentais, Volume 1. Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto, 463 pp.
Matos Fernandes, M. (2011) – Mecânica dos Solos, Introdução à Engenharia Geotécnica,
Volume 2. Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto, 591 pp.
Sharma, S. (2002) Slope stability concepts. In Abramson, L.W., Lee, T.S., Sharma, S.,
Boyce, G.M. (2002) Slope stability and stabilization methods. John Wiley & Sons, Inc.,
New York, 712 pp.
Varnes, D.J. (1978) Slope movement types and processes, in Schuster, R.L., and Krizek,
R.J., eds., Landslides—Analysis and control: National Research Council, Washington,
D.C., Transportation Research Board, Special Report 176, p. 11–33.
Marques, F. Universidade de Lisboa, Departamento de Geologia, 2013, Apontamentos
de Riscos Geológicos, [Consultado a 1 de Julho de 2015] Disponível na WWW:
http://moodle-arquivo.ciencias.ulisboa.pt/1314/course/view.php?id=994
Pimenta, R. (2011) Avaliação da Susceptibilidade à Ocorrência de Movimentos de
Vertente com Métodos de Base Física, Universidade de Lisboa, 114pp.
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8.Anexos
Anexo 1 - Classificação AASHTO
Anexo 2 - Carta de Plasticidade de Casagrande
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Anexo 3 - Classificação Unificada
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Anexo 4 - Gráfico de Casagrande com os valores de Limites de Liquidez
Referência 1 2 3 4 5
Peso da Cápsula
18,8 18,7 18,7 18,4 18,7
Cápsula + Amostra húmida
70,9 70,7 70,9 71,8 71,1
Cápsula + Amostra seca
60,2 59,7 60,1 60,9 60,2
Amostra suspensa
41,4 41,0 41,5 42,7 41,7
Amostra suspensa
com parafina 45,2 45,3 45,8 50,9 46,8
Amostra suspensa
com parafina em água
18,7 18,4 18,5 18,7 18,6
Volume parafina
4,2 4,7 4,7 9,1 5,7
Impulsão 26,5 26,9 27,3 32,1 28,2
Volume amostra cm3
22,3 22,2 22,5 23,0 22,5
peso volúmico
seco 1,9 1,8 1,8 1,9 1,9
Volume da cápsula cm3
27,0 27,9 27,3 28,5 27,7
Variação volume
4,8 5,7 4,7 5,5 5,2
14,5 12,9 14,5 12,4 13,6 Anexo 5 - Cálculo do Limite de Retracção
y = -0,0758x + 28,217
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
1 10 100
T
e
o
r
e
m
á
g
u
a
Nº de Pancadas
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29
Referência LL1 LL2 LL3 LL4 LL5
Pancadas 18 11 28 39 23
Peso da cápsula 9,3333 9,104 10,9522 10,947 6,973
Cápsula + amostra húmida 33,425 19,975 20,3812 23,794 22,343
cápsula+ amostra seca 28,522 17,6017 18,4498 21,1942 19,0322
teor em água do LL 0,2556 0,279287 0,257602 0,253708 0,274546
wL 25,555 27,92873 25,76024 25,37083 27,45456 Anexo 6 - Cálculo do Limite de Liquidez
Referência 1 2 3 4 5
cápsula 10,6232 9,1131 10,8942 10,949 7,0449 cápsula + amostra hum. 14,2842 10,7 13,8595 13,721 10,3845 cápsula + amostra seca 13,7049 10,5215 13,3595 13,2682 9,8449
Teor em água do LP 0,18798066 0,12673956 0,20281507 0,19523974 0,19271429
wP 18,8 12,7 20,3 19,5 19,3 Anexo 7 - Cálculo do Limite de Plasticidade
Anexo 8 - Gráfico obtido do ensaio de corte-directo da amostra E4P1
0
10
20
30
40
50
60
70
80
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2
τ
Deslocamento Real
Resistência ao corte - E4P1
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30
Anexo 9 - Gráfico obtido do ensaio de corte-directo da amostra E4P2
Anexo 10 - Gráfico obtido do ensaio de corte-directo da amostra E4P3
0
20
40
60
80
100
120
140
0 0,5 1 1,5 2
τ
Deslocamento Real
Resistência ao corte - E4P2
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
0 0,5 1 1,5 2 2,5
τ
Deslocamento Real
Resistência ao corte - E4P3
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Conjuntos de parâmetros
Escorregamento Inferior n 20,7 (kN/m3)
c' ф' FS
0 35 1,134
0 34 1,093
0 33 1,052
0 32 1,012
0,5 31 1,005
1 30 0,999
1,5 29 0,993
2,2 28 1,000
2,8 27 1,002
3,4 26 1,004
3,9 25 1,000 Anexo 11 - Valores limite obtidos na análise do escorregamento, usando o Slope/W, do escorregamento inferiror
Conjuntos de parâmetros
Escorregamento Superior n 20,7 (kN/m3)
c' ф' FS
0 35 1,025
0,2 34 0,998
0,8 33 0,998
1,5 32 1,002
2,1 31 1,001
2,7 30 1
3,3 29 1
3,9 28 1
4,5 27 1,002
5 26 0,998
5,6 25 1 Anexo 12 - Valores limite obtidos na análise do escorregamento, usando o Slope/W, do escorregamento superior