A maioria das roturas em taludes ocorre essencialmente devido ao efeito da presença de água no terreno. A geração de pressões intersticiais, o arraste e erosão (superficial ou interna) dos materiais que formam o talude, são algumas causas dessa instabilidade. Em geral, é possível afirmar que a água é o maior inimigo da estabilidade de taludes, para além das acções humanas quando são realizadas escavações inadequadas sem critérios geotécnicos (Vallejo et al., 2002). A presença de água num talude em rocha pode ter um efeito determinante na estabilidade pelas seguintes razões descritas em Vallejo et al. (2002), Wyllie & Mah (2004):
• as pressões intersticiais reduzem a resistência ao corte dos planos de rotura; • a pressão exercida sobre fendas de tracção aumentam as forças que
facilitam o deslizamento;
• aumento do peso do material por saturação;
γ = γd+ Srnγw (6.1)
onde γdé o peso específico aparente seco.
• erosão interna por fluxo superficial ou subterrânea pode causar instabilidades locais, no pé do talude ou blocos de rocha soltos;
• desagregação e mudanças na composição mineralógica dos materiais; • abertura de descontinuidades devido ao congelamento - o congelamento da
água à superfície pode bloquear a drenagem da água interior, aumentando, assim, as pressões intersticiais;
• o aumento dos custos de escavação quando esta for abaixo do nível freático. A forma da superfície freática num talude depende de vários factores, entre eles; a permeabilidade dos materiais, geometria e forma do talude. A estrutura geológica tem uma grande influência na disposição do nível freático e na distribuição das pressões intersticiais sobre uma potencial superfície de deslizamento, assim como a alternância entre materiais permeáveis e impermeáveis (Figura 6.1).
Para além da água no interior do terreno, é necessário igualmente considerar o papel da água superficial, seja por precipitação, escoamento, etc. De facto, as águas superficiais podem causar problemas importantes na estabilidade de um talude, criando um aumento de pressões nas descontinuidades e fendas pelas quais se introduzem. Efectivamente, existe uma maior frequência de rotura de taludes em solos nas alturas de maiores precipitações ou em épocas de degelo, podendo suceder o mesmo em taludes de rocha.
Como foi descrito no ponto 4.6, as pressões intersticiais que actuam no interior de um talude podem ser medidas directamente através da instalação de piezómetros.
6.2. INFLUÊNCIA DA ÁGUA EM TALUDES 117
Figura 6.1: Esquemas do nível freático num talude segundo a distribuição dos materiais (Vallejo et al., 2002): 1) - Material permeável; 2) - Material de baixa permeabilidade.
De uma forma indirecta, as pressões podem também ser avaliadas através da rede de fluxo do talude. Este método, estudado por Cedergren (1989), proporciona valores da pressão intersticial em diferentes pontos da superfície de rotura. A forma da rede fluxo de um talude depende da homogeneidade e anisotropia do terreno, que condicionam a sua permeabilidade nas diferentes direcções, assim como a geometria do talude. Todavia, o cálculo das pressões intersticiais por esta via não será abordado nesta dissertação, pois não se encontra no âmbito da mesma.
A definição do modelo de distribuição das pressões intersticiais num talude é um problema difícil que em muitas situações requer algumas suposições. No entanto, estas suposições podem conduzir a erros ao não considerar os parâmetros que controlam o regime hidráulico do talude. Apresenta-se de seguida quatro condições hidrogeológicas que podem ocorrer em taludes, assim como as equações para o cálculo dos efeitos hidrostáticos, tomando como exemplo uma rotura planar (Wyllie & Mah, 2004):
1. O nível freático encontra-se acima da base da fenda de tracção, levando a que as pressões hidrostáticas actuem tanto na fenda de tracção como no plano de deslizamento (Figura 6.2 (a)). Aqui, as forças de impulso U e V são dadas por;
U = 1
na qual A é a área da superfície de deslizamento.
V = 1 2γWz
2
W (6.2b)
2. A pressão de água pode desenvolver-se apenas nas fendas de tracção. Um exemplo disso é a deslocação directa da água superficial para as fendas. Nestas condições, e se o maciço rochoso for relativamente impermeável, ou o plano de deslizamento contiver um preenchimento de baixa permeabilidade, então é possível considerar a força hidrostática U = 0 e V é dado pela expressão 6.2b;
3. Em condições atmosféricas muito adversas, caso de temperaturas negativas, podem-se desenvolver pressões de água no interior e os impulsos U podem ser maiores que aqueles mostrados pela Figura 6.2 (a), mostrando uma distribuição de pressões rectangular (Figura 6.2 (b)). Aqui, U é dado por:
U = Ap (6.3)
p corresponde à pressão instalada na superfície de deslizamento dado por:
p = γwzw (6.4)
estas condições são um acontecimento raro, do qual pode resultar uma diminuição do factor de segurança; no entanto, um sistema de drenagem horizontal pode limitar a pressão de água no interior do talude;
4. No caso do nível freático se encontrar abaixo da fenda de tracção, então a pressão de água actua unicamente no plano de deslizamento (Figura 6.2 (c)). Nesta situação, a pressão de água pode ter aproximadamente uma distribuição triangular, e a força de impulso é dada por:
U = 1 2
zW sin ψp
hWγW (6.5)
em que ψp corresponde à superfície de deslizamento e hW à altura de água no ponto médio da porção saturada no plano de deslizamento.
O tipo de análise, demonstrada pelas Figura 6.2, pode ser aplicada quando o mecanismo de rotura é controlado pelas descontinuidade do maciço, como uma rotura em cunha. No caso de tratar-se de uma rotura circular ou por desmoronamento, o efeito das pressões hidrostáticas pode ser considerado do mesmo modo que na mecânica dos solos, considerando a pressão U na base de cada fatia da superfície de deslizamento.