A análise da estabilidade de um talude tem como objetivo avaliar a possibilidade de ocorrência de uma ruptura e, consequente, escorregamento da massa de solo seja em um talude natural ou construído. De modo geral as análises são realizadas comparando-se as tensões cisalhantes mobilizadas com as tensões de resistência ao cisalhamento (Barbosa, 2012).
Para Pimenta Júnior (2005) os processos de deslizamento de taludes, também chamados de movimentos de massa podem ser estudados segundo duas vertentes, a dos eventos naturais, objeto da geologia onde os escorregamentos são considerados em longo prazo, como processos naturais de renovação da superfície terrestre. E o segundo do ponto de vista da geotecnia, como estudo da estabilidade que busca compreender as condições de equilíbrio das massas de rocha ou solo, considerando a sua interação com as obras de engenharia.
O cálculo da estabilidade de um talude de terra consiste na determinação do ângulo sob o qual, nas condições atuais, e considerando a atuação das pressões neutras (poropressão), da percolação de água, adensamento ou deformações de cisalhamento o talude mantém-
se em equilíbrio plástico. Esse equilíbrio é considerado quando em todos os pontos do talude as tensões mobilizantes se igualarem as tensões resistentes. Assim um talude estará em segurança se o ângulo real de inclinação for menor que o do talude calculado (Vargas, 1977).
A compreensão dos processos de instabilização engloba um conjunto de análises que visa quantificar o quão próximo um talude ou encosta encontra-se da ruptura em determinadas condições de acordo com os condicionantes atuantes (Pimenta Júnior, 2005). Ou seja, a condição de estabilidade de um talude ao ser quantificada irá refletir um determinado momento, pois uma vez alterados os condicionantes, mudam-se as condições de estabilidade.
Analisando-se do ponto de vista teórico um talude está sujeito a três campos de força distintos: Forças devidas ao peso da massa de solo, forças devidas ao escoamento da água e forças resistentes ao cisalhamento. A compreensão do equilíbrio de um talude deve considerar obrigatoriamente estas três forças e a atuação entre elas e a massa de solo de modo a se projetar corretamente as medidas de prevenção a rupturas (Fiori e Carmignani, 2001).
Para Gerscovich (2012), o objetivo da análise da estabilidade é avaliar a possibilidade de um escorregamento de massa do solo, seja em talude natural ou artificial. Em geral as análises são realizadas por meio da comparação entre as tensões cisalhantes mobilizadas com as tensões de resistência. Essa abordagem é denominada determinística e estabelece um valor mínimo para o fator de quantificação, chamado de FS, que pode ser expresso na equação 2.4:
F𝑆 = 𝜏 𝜏
𝑚𝑜𝑏 (2.4)
Onde:
▪ FS: fator de Segurança do Talude
▪ τ: resistência média ao cisalhamento do solo ▪ τmob: tensões mobilizantes instabilizantes.
O valor mínimo admitido para o FS em um projeto é chamado de FSadm e corresponde ao valor mínimo que deve ser atingido para o talude em função das condições da obra, do solo e dos fatores externos atuantes. Essa abordagem determinística de cálculo do FS vem sendo muito criticada nos últimos anos, devido as inúmeras incertezas que envolvem a caracterização de um talude, principalmente relacionadas com a ausência de estudos consistentes e a variabilidade dos parâmetros envolvidos (Gerscovich, 2012).
Gerscovich (2012) ressalta, as classificações de risco do talude devem considerar não somente as condições momentâneas, como também seu uso futuro, tentando-se ao máximo se prevenir cortes em sua base, desmatamentos, imposição de sobrecargas ou infiltrações excessivas de forma a preserva a condição de equilíbrio do talude.
Segundo a Associação Brasileira de Normas Técnicas (2009), o FS de um talude depende dos riscos envolvidos no caso de um possível colapso. Para isso a norma estabelece em tabelas classificações do nível de segurança de acordo com os riscos envolvidos, como perdas de vidas humanas e prejuízos materiais (ABNT, 2009) (tabelas 2.2 e 2.3).
Tabela 2.2 - Nível de segurança recomendado pela NBR 11682:2009 de acordo com os critérios de perdas de vidas humanas (Associação Brasileira de Normas Técnicas, 2009).
Nível de Segurança Critérios
Alto
Áreas com intensa movimentação e permanência de pessoas, como edificações públicas, residenciais ou industriais, estádios, praças e demais locais urbanos, ou não, com possibilidade de elevada concentração de pessoas.
Ferrovias e rodovias de tráfego intenso.
Médio Áreas e edificações com movimentações e permanência restrita de pessoas Ferrovias e rodovias de tráfego moderado. Baixo Áreas e edificações com movimentação e permanência eventual de pessoas Ferrovias e rodovia de tráfego reduzido.
Tabela 2.3 - Nível de segurança recomendado pela NBR 11682:2009 de acordo com os critérios de danos materiais (Associação Brasileira de Normas Técnicas, 2009).
Nível de Segurança Critérios
Alto
Danos materiais: locais próximos a propriedades de alto valor histórico, social ou patrimonial, obras de grande porte ou áreas que afetem serviços essenciais. Danos ambientais: locais sujeitos a danos ambientais graves, tais como proximidades de oleodutos, barragens de rejeito e fábricas de produtos tóxicos. Médio Danos materiais: locais próximos a propriedades de valor moderado. Danos ambientais: locais sujeitos a acidentes moderados. Baixo Danos materiais: locais próximos a propriedades de valor reduzido. Danos ambientais: locais sujeitos a danos ambientais reduzidos.
Com base nas tabelas de classificação de riscos a Norma NBR 11682/2009, sugere a elaboração do quadro de valores para o FS (tabela 2.4).
Tabela 2.4 - FS mínimo considerado pela NBR 11682:2009 para escorregamentos (Associação Brasileira de Normas Técnicas, 2009).
FSadm
Nível de segurança contra perda de vidas humanas
Alto Médio Baixo
Nível de Segurança contra danos ambientais e materiais
Alto 1,5 1,5 1,4
Médio 1,5 1,4 1,3
Baixo 1,4 1,3 1,2
O FS de um talude envolve a razão entre as forças resistentes ao escorregamento e as mobilizantes que tendem a provocar o movimento de ruptura. As tensões resistentes possuem dois componentes, coesão (c) e atrito (φ) e pode ser escrito de acordo com o critério de ruptura de Mohr-Coulomb (Das, 2013) (equação 2.5).
Da mesma forma ao longo da superfície de ruptura pode-se escrever (equação 2.5).
𝜏𝑑 = 𝑐′𝑑+ 𝜎′∗ 𝑡𝑔𝜑′𝑑 (2.5)
Onde:
▪ τd: tensão de cisalhamento desenvolvida ao longo da superfície de ruptura; ▪ c’d: coesão efetiva do solo desenvolvida ao longo da superfície de ruptura; ▪ σ’: tensão normal efetiva aplicada sobre a superfície potencial de ruptura; ▪ ɸ’d: ângulo de atrito efetivo desenvolvido ao longo da superfície de ruptura. Assim o FS pode ser escrito como:
𝐹𝑆 = 𝑐′+ 𝜎′∗𝑡𝑔𝜑
𝑐′𝑑+ 𝜎′∗𝑡𝑔𝜑′𝑑 (2.6)
Quando o FS, for igual a 1, considera-se que o talude está em um estado de ruptura iminente, abaixo deste valor o talude já sofreu a ruptura e acima de 1, o talude permanece estável.
O FS pode ainda ser escrito em função dos parâmetros de resistência ao cisalhamento separadamente (Equações 2.7 e 2.8).
𝐹𝑆 = 𝑐′𝑐′
𝑑 (2.7)
𝐹𝑆 = 𝑡𝑔𝜑
𝑡𝑔𝜑′𝑑 (2.8)