Estudo Geotécnico de Solos Argilosos Do Miocénico

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

2

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


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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.


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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.


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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.


6

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


7

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.


8

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


9

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.


10

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


12

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


15

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.


16

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.


17

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


18

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”.


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.


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.


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


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


23

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).


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.


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.


26

8.Anexos

Anexo 1 - Classificação AASHTO

Anexo 2 - Carta de Plasticidade de Casagrande


27

Anexo 3 - Classificação Unificada


28

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


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


30



0

20

40

60

80

100

120

140

0 0,5 1 1,5 2

τ

Deslocamento Real


0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

0 0,5 1 1,5 2 2,5

τ

Deslocamento Real



31

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

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