6.1. Levantamento topográfico ... 181 6.2. Sondagem a trado MANUAL ... 184 6.3. Análises com lupa digital ... 185 6.4. Curva de retenção da água no solo ... 187 6.5. Ensaio de porosimetria por intrusão de mercúrio ... 188 6.6. Ensaio de permeabilidade – laboratório ... 190 6.7. Ensaio de permeabilidade – campo ... 191 6.8. Ensaio de erodibilidade ... 193 6.9. Resistência ao Cisalhamento ... 194 6.9.1. Ensaios adensado-drenado (CD) com solo saturado ... 195 6.9.2. Ensaios para determinação da resistência do solo com teor de umidade natural (solo não saturado) ... 199
6.9.3. Ensaios adensado-drenado (CD) com solo não saturado ... 204 6.10. Instrumentação e monitoramento ... 207 6.10.1. Monitoramento da Sucção Matricial ... 207 6.10.2. Monitoramento do Nível d´água ... 222 6.10.3. Monitoramento das Precipitações Pluviométricas ... 222 6.11. Modelagem numérica ... 226 6.11.1. Análise numérica para avaliar o nível de estabilidade das seções investigadas ... 226 6.11.2. Análise numérica para analisar a estabilidade do talude a partir da modificação na geometria das seções ... 231 6.11.3. Análise numérica da infiltração da água da chuva acoplada com análise de estabilidade de talude ... 234 6.11.3.1. Modelagem numérica do primeiro evento pluviométrico ... 236 6.11.3.2. Modelagem numérica do segundo evento pluviométrico ... 243
7. Conclusões... 251
Referências ... 257
APÊNDICE A – Procedimentos utilizados no software computacional GeoStudio 2012 (Seep/W e Slope/W) ... 269 APÊNDICE B – Planta Topográfica Completa da Área Piloto ... 273 APÊNDICE C – Índices físicos dos corpos de prova empregados na técnica do papel filtro 277 APÊNDICE D – Índices físicos dos corpos de prova empregados no ensaio de erodibilidade ... 281
1.
INTRODUÇÃO
Um grande número de pesquisas na área de estabilidade de taludes vem sendo desenvolvido nas últimas décadas ao redor do mundo, muitas delas estando concentradas no estudo de taludes em solo não saturado, especialmente em países com clima tropical ou sub- tropical. O processo de instabilização de um maciço terroso pode ser condicionado por fatores geológicos, hidrológicos, climáticos, antrópicos e por agentes deflagradores, merecendo grande destaque a água, que usualmente atua como principal agente deflagrador natural nesse processo.
Inúmeros pesquisadores estudam como os efeitos da infiltração da água da chuva no solo podem ser prejudiciais na estabilidade do talude terroso, colaborando para o seu processo de instabilização. No caso do talude em que o solo encontra-se na condição não saturada surge o efeito da sucção matricial, termo muito utilizado para expressar a pressão negativa da água intersticial do solo. A sucção matricial varia em função do tempo e influencia diretamente alguns parâmetros do solo como a resistência ao cisalhamento e a condutividade hidráulica não saturada. Portanto, em um talude de solo não saturado, a sucção matricial tende a diminuir ou até mesmo anular-se durante a infiltração da água da chuva no solo desse talude. Se isso ocorrer, a coesão aparente do solo sofre um decréscimo, ou mesmo se anula, acarretando na diminuição da resistência ao cisalhamento do solo e, consequemente, na redução do nível de estabilidade do talude, podendo até condicionar sua ruptura.
Alguns autores (AU, 1998; CHO; LEE, 2001; GASMO; RAHARDJO; LEONG, 2000; GUI; WU, 2014; RAHARDJO; LEONG; REZAUR, 2002; RAHARDJO et al., 2005; RAHIMI; RAHARDJO; LEONG, 2011; TEIXEIRA, 2014; TSAPARAS et al. 2002; ZAMBRANA, 2014) buscam estabelecer uma relação entre a infiltração da água da chuva e a deflagração de escorregamentos de encostas ou de taludes na condição não saturada enquanto outros autores (CAMPOS, 1984; LUMB, 1975; NG; SHI, 1998; RAHARDJO et al., 1995; RAHARDJO et al., 2007) investigam a influência da variabilidade dos parâmetros como sucção matricial, resistência ao cisalhamento e coesão aparente na estabilidade de talude em solo não saturado. No entanto, como os ensaios laboratoriais com solo não saturado são mais complexos e o monitoramento da instrumentação de campo demanda tempo, algumas pesquisas nessa área acabam desprezando ou até mesmo simplificando seus estudos na quantificação dos efeitos da sucção.
A infiltração da água da chuva pode provocar alguns efeitos no solo não saturado tais como a diminuição na pressão negativa da água, o aumento do teor de umidade, o acréscimo do peso específico do solo, o decréscimo da sucção do solo, a redução da resistência ao cisalhamento do solo e o aumento da condutividade hidráulica do solo. Além dos efeitos mencionados anteriormente, também é importante compreender como a variação sazonal da sucção ocasiona a alteração do teor de umidade do solo em função do regime pluviométrico anual.
Diante dos fatos expostos anteriormente, nota-se a importância do estudo dos efeitos da infiltração da água no solo bem como sua contribuição na estabilidade do talude. Esse estudo pode ser realizado através de modelagens numéricas em programas computacionais específicos da área, utilizando como dados de entrada os parâmetros obtidos ou coletados na área do talude. Porém, nesse caso, é conveniente e recomendado ter um levantamento abrangente e detalhado acerca das características físico-químicas dos parâmetros do solo, do monitoramento da instrumentação de campo e da geometria das seções geológico-geotécnicas do talude; de maneira que não seja necessário fazer simplificações ou adotar valores para alguns parâmetros.
Nesse contexto, o presente trabalho tem por finalidade investigar os mecanismos instabilizadores atuantes em um talude de solo não saturado a partir de análises numéricas feitas com o uso do Seep/W e do Slope/W, ambos integrantes do software computacional GeoStudio 2012. Todos os dados de entrada empregados nas análises numéricas foram baseados nos resultados das etapas de campo e laboratório, as quais foram feitas durante todo o desenvolvimento desse trabalho.
Os parâmetros e dados resultantes das etapas anteriores à da análise numérica correspondem à investigação geológico-geotécnica de superfície (levantamento topográfico de detalhe) e de subsuperfície (sondagem a trado e poços com coleta de amostras); aos ensaios de laboratório e campo (análise granulométrica conjunta, massa específica dos sólidos, porosimetria, erodibilidade, permeabilidade, ensaio de compressão triaxial); à instrumentação de campo e monitoramento (pluviômetro, piezômetro e tensiômetro). A análise numérica foi desenvolvida utilizando o método dos elementos finitos por meio da simulação de fluxo transiente no Seep/W e em seguida, foi analisada a estabilidade do talude a partir do uso de dois métodos da fatia no Slope/W.
A área piloto da pesquisa abrange um setor de taludes de corte localizado na SP215 - Rodovia Luis Augusto de Oliveira, km 179+300 LE, município de Ribeirão Bonito, Estado de São Paulo. Na área investigada ocorrem solos residuais dos arenitos eólicos da Formação Botucatu, (Grupo São Bento, Bacia Sedimentar do Paraná) de idade jurássico-cretácea. Eles apresentam textura arenosa fina a média e com baixa percentagem de finos.
A apresentação dessa Tese de Doutorado está estruturada em 7 Capítulos, os quais encontram-se todos descritos mais detalhadamente a seguir.
O Capítulo 1 apresenta uma breve introdução acerca do tema estabilidade de talude em solo não saturado, mencionando sobre o processo de infiltração e o acréscimo no nível de estabilidade devido aos efeitos da sucção.
O Capítulo 2 expõe as hipóteses inicialmente adotadas nessa pesquisa e os objetivos propostos para realização do presente trabalho.
O Capítulo 3 apresenta a revisão bibliográfica abrangendo um breve resumo dos principais tópicos abordados neste trabalho, estando divididos em dois grandes grupos: instabilidade de talude e mecânica dos solos não saturados. No primeiro grupo é basicamente comentado sobre as características gerais e fatores condicionantes dos movimentos de massa, sistema de classificação de movimento de massa, métodos de análise de estabilidade de talude e uma revisão acerca de diversos trabalhos científicos nacionais e internacionais na área de talude em solo não saturado. No segundo grupo é comentado sobre os conceitos e aspectos gerais da mecânica dos solos não saturados, curva de retenção da água do solo, infiltração da água no solo, condutividade hidráulica dos solos e resistência ao cisalhamento do solo.
O Capítulo 4 sintetiza os materiais e métodos utilizados na pesquisa incluindo a escolha da área piloto, ensaios de laboratório, ensaios de campo, instalação da instrumentação de campo e seu monitoramento além das análises numéricas de fluxo e de estabilidade.
O Capítulo 5 descreve a área piloto e menciona suas principais características, destacando as características geológicas, pluviométricas, hidrológicas locais.
O Capítulo 6 apresenta e discute os resultados dessa pesquisa desde os dados relativos ao levantamento de campo, caracterização do solo (análise granulométrica conjunta, massa específica dos solos, porosimetria, erodibilidade), parâmetro hidráulico (laboratório e campo), parâmetro mecânico (solo saturado e não saturado) até a análise de fluxo (permanente e transiente) e a análise de estabilidade de talude.
O Capítulo 7 expõe as conclusões acerca do trabalho, verifica as hipóteses iniciais adotadas nesse trabalho e deixa algumas sugestões para futuros trabalhos.
Após o Capítulo 7, são identificadas e listadas todas as referências bibliográficas citadas ao longo do presente trabalho.