Estabilidade de Taludes

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UFPR - Notas de Aula - Estabilidade de Taludes – Andrea Sell Dyminski UFPR - Notas de Aula - Estabilidade de Taludes – Andrea Sell Dyminski

11 Cr Crisista ta ou ou ToTo oo Talude Talude Su

Su eerfrfíícicie e dde e RuRu tuturara Massa Escorregada

Massa Escorregada Pé

Pé

ii

NOÇÕES DE ESTABILIDADE DE TALUDES E

CONTENÇÕES

Profa. Andréa Sell Dyminski, Dr.Eng. Profa. Andréa Sell Dyminski, Dr.Eng.

asdymi@ufpr.br asdymi@ufpr.br

1. 1. Introdução

Introdução

Talude

Talude pode ser definido como uma superfície inclinada que delimita um maciçopode ser definido como uma superfície inclinada que delimita um maciço terroso ou rochoso.

terroso ou rochoso.

Pode-se dizer que é composto de: Pode-se dizer que é composto de:

2. 2. Significado Sócio-Econômico de

Significado Sócio-Econômico de Escorregamentos

Escorregamentos

Cada vez mais, o estudo dos processos de instabilização de taludes e suas formas de Cada vez mais, o estudo dos processos de instabilização de taludes e suas formas de contenção tornam-se necessários, devido a desastrosas conseqüências que os contenção tornam-se necessários, devido a desastrosas conseqüências que os escorregament

escorregamentos acarretam. Pode-se dizer os acarretam. Pode-se dizer que a ocorrência dos que a ocorrência dos mesmos deve aumentar,mesmos deve aumentar, devido principalmente a:

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i.i. Aumento da urbanização e do desenvolvimento de áreas sujeitas aAumento da urbanização e do desenvolvimento de áreas sujeitas a escorregamentos;

escorregamentos; ii.

ii. Desflorestamento contínuo destas áreas;Desflorestamento contínuo destas áreas; iii.

iii. Aumento das taxas de precipitação causadas pelas mudanças de clima.Aumento das taxas de precipitação causadas pelas mudanças de clima. É obvio que os escorregamentos geram custos, que podem ser classificados como É obvio que os escorregamentos geram custos, que podem ser classificados como diretos e indi

diretos e indiretos. Os custoretos. Os custos diretos corresps diretos correspondem ondem ao reparo de danoao reparo de danos, relocação des, relocação de estruturas e manutenção de obras e

estruturas e manutenção de obras e instalaçõeinstalações de s de contenção.contenção.

Escorregamento em Shigeto – Japão, 1972. Escorregamento em Shigeto – Japão, 1972. Pode-se dizer que os

Pode-se dizer que os custos indiretos são ainda maiores, podendo ser citados:custos indiretos são ainda maiores, podendo ser citados: a)

a) Perda de produtividade industrial, agrícola e florestal, bem como potencialPerda de produtividade industrial, agrícola e florestal, bem como potencial turístico devido aos danos locais e interrupção de

turístico devido aos danos locais e interrupção de sistemas de transporte;sistemas de transporte; b)

b) Perda de valor de propriedades, bem como de impostos referenciados por ele;Perda de valor de propriedades, bem como de impostos referenciados por ele; c)

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3. 3. Tipos e Processos de

Tipos e Processos de Escorregamentos

Escorregamentos

Geralmente,

Geralmente, os os tipos tipos de de escorregaescorregamentos mentos podem podem ser ser divididos em divididos em cinco cinco grandesgrandes grupos:

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a) Quedas ou desprendimentos (

a) Quedas ou desprendimentos ( falls falls) : destacamento ou “descolamento” de solo ou) : destacamento ou “descolamento” de solo ou rocha de um talude íngreme.

rocha de um talude íngreme. b) Desprendimento (

b) Desprendimento (topplestopples): rotação de massa de solo ou rocha em um ponto ou eixo): rotação de massa de solo ou rocha em um ponto ou eixo abaixo do centro de gravidade da massa deslizante. Pode levar ao movimento de queda abaixo do centro de gravidade da massa deslizante. Pode levar ao movimento de queda ou esocrregamento propriamente dito, dependendo da geometria do terreno.

ou esocrregamento propriamente dito, dependendo da geometria do terreno. c)

c) Escorregamento Escorregamento (propriamente (propriamente dito dito ouou slideslide): movimento de descida de massa de): movimento de descida de massa de solo ou rocha, tendo uma superfície de ruptura bem definida. Geralmente o centro de solo ou rocha, tendo uma superfície de ruptura bem definida. Geralmente o centro de rotação está acima do centro

rotação está acima do centro de gravidade da massa de gravidade da massa deslizantdeslizante.e.

Quando ocorre lenta e progressivamente, pode receber também o nome de Quando ocorre lenta e progressivamente, pode receber também o nome de rastejo ou

rastejo ou creepcreep.. d)

d) Espalhamento Espalhamento ((Spread Spread ): descreve movimentos relativamente rápidos de massas de): descreve movimentos relativamente rápidos de massas de argila, que podem ter estado estáveis por muito tempo, que se deslocam para frente por argila, que podem ter estado estáveis por muito tempo, que se deslocam para frente por uma distância considerável.

uma distância considerável. e) Corridas de lama (

e) Corridas de lama (mood flowmood flow): Movimentos muito rápidos de solo argiloso mole, que): Movimentos muito rápidos de solo argiloso mole, que se move como se fosse um fluido viscoso. Movimentos de “fluxo” também podem se move como se fosse um fluido viscoso. Movimentos de “fluxo” também podem acontecer com outros materiais, por exemplo, areia

acontecer com outros materiais, por exemplo, areia seca.seca.

Eles também podem ser caracterizados segundo a velocidade de deslocamento da massa Eles também podem ser caracterizados segundo a velocidade de deslocamento da massa deslizante (segundo Varnes e Hungr)

deslizante (segundo Varnes e Hungr)

3.1. Caracterização do local

É muito importante a identificação de áreas vulneráveis a movimentações. A É muito importante a identificação de áreas vulneráveis a movimentações. A identificaçã

identificação destas áreas pode o destas áreas pode ser feita através de:ser feita através de: -- Mapas topográficos;Mapas topográficos;

Mapas geológicos; Mapas geológicos;

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Podem também ser realizadas investigações de campo, que exigem planejamento Podem também ser realizadas investigações de campo, que exigem planejamento prévio, quando o problema a ser investigado deve ser bem definido e escolhidos os prévio, quando o problema a ser investigado deve ser bem definido e escolhidos os métodos de investigação. Devem ser realizados trabalhos detalhados de:

métodos de investigação. Devem ser realizados trabalhos detalhados de: -- LevantamenLevantamento to topográfico;topográfico;

-- Estudo das estruturas geológicas;Estudo das estruturas geológicas; -- Exploração do subsolo:Exploração do subsolo:

i.i. Sondagens a Trado;Sondagens a Trado; ii.

ii. Sondagens SPT;Sondagens SPT; iii.

iii. Sondagens rotativas;Sondagens rotativas; iv.

iv. Outros ensaios: CPT, Palheta (Vane Test), dilatômetro, etc...Outros ensaios: CPT, Palheta (Vane Test), dilatômetro, etc... -- Água no terreno: superficial e subterrânea (medições de nível de água eÁgua no terreno: superficial e subterrânea (medições de nível de água e

poro-pressão (piezômetros), permeabilidade do solo/rocha, regime de poro-pressão (piezômetros), permeabilidade do solo/rocha, regime de chuvas)

chuvas)

-- Fatores Ambientais:Fatores Ambientais: i.i. Clima;Clima;

ii.

ii. Fatores Humanos (antrópicos);Fatores Humanos (antrópicos); iii.

iii. Ecossistema.Ecossistema. Caso haja

Caso haja necessidanecessidade, pode-se realizar de, pode-se realizar instrumentainstrumentação de ção de campo:campo: -- na superfície;na superfície;

-- Inclinômetros,Inclinômetros, -- Piezômetros.Piezômetros.

3.2 Mecanismos que levam à ruptura

São aqueles que levam a um aumento dos esforços atuantes ou a uma diminuição da São aqueles que levam a um aumento dos esforços atuantes ou a uma diminuição da resistência do material que compõe o talude ou do maciço como um todo.

resistência do material que compõe o talude ou do maciço como um todo.

O material que compõe um talude tem a tendência natural de escorregar sob a influência O material que compõe um talude tem a tendência natural de escorregar sob a influência

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ττRR

ττAA N.AN.A

ττRR = Tensões resistentes = c += Tensões resistentes = c + σσ . tg. tgφφ (critério de Mohr-Coulomb para solos)(critério de Mohr-Coulomb para solos)

ττAA = Tensões atuantes= Tensões atuantes

Algumas das causas do aumento de

Algumas das causas do aumento de ττAAou da diminuição deou da diminuição de ττRR podem ser:podem ser:

-- Causas externas:Causas externas:

i.i. Mudança da geometria do talude (inclinação e/ou altura), devidoMudança da geometria do talude (inclinação e/ou altura), devido a cortes ou aterros, no talude ou

a cortes ou aterros, no talude ou em terrenos adjacentes;em terrenos adjacentes; ii.

ii. Aumento da carga atuante (por sobrecargas na superfície, porAumento da carga atuante (por sobrecargas na superfície, por exemplo);

exemplo); iii.

iii. Atividades sísmicasAtividades sísmicas, e , e outras...outras... -- Causas internas:Causas internas:

i.i. Variação do nível de água (N.A.), que pode Variação do nível de água (N.A.), que pode gerar:gerar: a)

a) Aumento do peso específico do material;Aumento do peso específico do material; b)

b) Aumento Aumento da da poro-pressão poro-pressão diminuição diminuição da da pressãopressão efetiva;

efetiva; c)

c) A saturação em areias faz desaparecer a coesãoA saturação em areias faz desaparecer a coesão fictícia;

fictícia; d)

d) RebaixamenRebaixamento to rápido rápido do do NA NA forças forças de de percolação..percolação.... ii.

ii. Diminuição da resistênciDiminuição da resistência do solo (a do solo (ou rocha), ou do ou rocha), ou do maciço comomaciço como um todo, com o tempo (por lixiviação, por mudanças nos um todo, com o tempo (por lixiviação, por mudanças nos

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Diversos fatores podem gerar os efeitos acima mencionados. Os mesmos encontram-se Diversos fatores podem gerar os efeitos acima mencionados. Os mesmos encontram-se relacionados no quadro a seguir.

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3.3 Análise de Risco

Através da análise dos fatores geradores de escorregamentos e da probabilidade de sua Através da análise dos fatores geradores de escorregamentos e da probabilidade de sua ocorrência, podem ser obtidos os mapeamentos de risco de deslizamentos em sítios de ocorrência, podem ser obtidos os mapeamentos de risco de deslizamentos em sítios de interesse.

interesse.

Exemplo de mapa de risco de deslizamento Exemplo de mapa de risco de deslizamento

O risco de ocorrência de deslizamentos pode ser reduzido através de quatro medidas O risco de ocorrência de deslizamentos pode ser reduzido através de quatro medidas

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4. 4. Análise da Estabilidade de Taludes

Análise da Estabilidade de Taludes

Objetivos:

1.

1. Averiguar a estabilidade de taludes em diferentes tipos deAveriguar a estabilidade de taludes em diferentes tipos de obras geotécnicas, sob diferentes condições de

obras geotécnicas, sob diferentes condições de solicitasolicitação, de ção, de modomodo a permitir a

a permitir a execução de projetos econômicos e seguros;execução de projetos econômicos e seguros; 2.

2. Averiguar a possibilidade de escorregamentos de taludesAveriguar a possibilidade de escorregamentos de taludes naturais ou construídos pelo homem, analisando-se a influência de naturais ou construídos pelo homem, analisando-se a influência de modificaçõe

modificações s propostas propostas Análise Análise de de sensibilidade sensibilidade EstudoEstudo da

da influência influência relativa de relativa de parâmetros, como parâmetros, como por por exemplo, deexemplo, de resistência

resistência, variando-se as , variando-se as condições de fluxo;condições de fluxo; 3.

3. Analisar escorregamentos já ocorridos, obtendo-seAnalisar escorregamentos já ocorridos, obtendo-se subsídios para o entendimento de mecanismos de ruptura e da subsídios para o entendimento de mecanismos de ruptura e da influência

influência de de fatores fatores ambientais ambientais RetroanálisRetroanálise e da da estabilidade;estabilidade; 4.

4. Executar projetos de estabilização de taludes já Executar projetos de estabilização de taludes já rompidos,rompidos, investigand

investigando-se as o-se as alternatialternativas de vas de medidas preventivas e medidas preventivas e corretivascorretivas que possam ser necessárias;

que possam ser necessárias; 5.

5. Estudar o efeito de carregamentos extremos naturais ouEstudar o efeito de carregamentos extremos naturais ou decorrentes da ação do homem, tais como, terremotos, maremotos, decorrentes da ação do homem, tais como, terremotos, maremotos, explosões, altos gradientes de temperaturas, execução de obras, etc. explosões, altos gradientes de temperaturas, execução de obras, etc. 6.

6. Entender o desenvolvimento e forma de Entender o desenvolvimento e forma de taludes naturais etaludes naturais e os processos responsáveis por diferenças em

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4.1 Análise Probabilística

Requer conhecimento das distribuições de probabilidade ou das funções de densidade Requer conhecimento das distribuições de probabilidade ou das funções de densidade de probabilidade das variáveis aleatórias associadas ao problema.

de probabilidade das variáveis aleatórias associadas ao problema.

A

A Define Define a a probabilidadprobabilidade e de de rupturaruptura

O número de dados disponíveis e o grau de dispersão dos mesmos em relação a uma O número de dados disponíveis e o grau de dispersão dos mesmos em relação a uma média afetam sensivelmente a probabilidade calculada.

média afetam sensivelmente a probabilidade calculada. A interdependênc

A interdependência de fatores (p.ex.: grau de inia de fatores (p.ex.: grau de intemperismo x resitemperismo x resistência; stência; IntensidadIntensidadee de

de chuva chuva x x tipo tipo de de solo solo x x variações variações de de resistência; resistência; inclinação inclinação do do talude talude x x tipo tipo dede solo

solo x x condições condições de drende drenagem; agem; etc.) e etc.) e número número pequeno pequeno de inde informações formações tornam tornam asas análises probabilísticas, no momento, restritas do ponto de vista de aplicação prática na análises probabilísticas, no momento, restritas do ponto de vista de aplicação prática na

Freqüência/No Freqüência/No . De medições . De medições Tensão Tensão Tensão Tensão Atuante

Atuante TensãoTensão_Resistente_Resistente

A – área de A – área de resistência resistência baixa e carga baixa e carga alta. alta.

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4.2 Análises Determinísticas

Realizadas em função do fator ou coeficiente de segurança (

Realizadas em função do fator ou coeficiente de segurança ( FF), que pode sua vez pode), que pode sua vez pode ter diversas definições:

ter diversas definições: a)

a) Fator que minora os Fator que minora os parâmetros de resistência ao cisalhamento (em termos deparâmetros de resistência ao cisalhamento (em termos de tensões efetivas): tensões efetivas): 22 11 '' .. '' '' F F tg tg F F cc N N φ φ σ σ τ τ == ++ com com F F = = FF11= F= F22 b)

b) Fator que minora a resistência ao cisalhamento (em termos de tensões totais):Fator que minora a resistência ao cisalhamento (em termos de tensões totais):

44 33 .. F F tg tg F F cc N N φ φ σ σ τ τ == ++ com com F F = = FF33= F= F44 c)

c) Relação entre momentos resistente (MRelação entre momentos resistente (MRR) e atuante (M) e atuante (MAA) (para superfície de) (para superfície de

ruptura circular): ruptura circular): F = M

F = MRR /M /MAA

d)

d) Relação Relação entre entre forças forças resistente resistente (F(FRR) e atuante (F) e atuante (FAA) (Fundações):) (Fundações):

F = F F = FRR /F /FAA

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As análises determinísticas envolvem os seguintes métodos: As análises determinísticas envolvem os seguintes métodos:

i.i. Análise limite;Análise limite; ii.

ii. Tensão – deformação;Tensão – deformação; iii.

iii. Equilíbrio Limite.Equilíbrio Limite. 4.2.1 Análise Limite

4.2.1 Análise Limite

Baseia-se no uso das teorias de limite inferior e superior da Teoria da Baseia-se no uso das teorias de limite inferior e superior da Teoria da Plasticidade.

Plasticidade.

Problemas envolvidos neste tipo de análise: Problemas envolvidos neste tipo de análise:

i.i.Limite Inferior: Definição de campo de Limite Inferior: Definição de campo de tensões admissíveitensões admissíveiss realísticos;

realísticos;

ii. Limite Superior: Definição de modo de Ruptura “a priori” ii. Limite Superior: Definição de modo de Ruptura “a priori” (forma da superfície de

(forma da superfície de ruptura) realístico.ruptura) realístico. 4.2.2 Tensão – Deformação:

4.2.2 Tensão – Deformação:

Esta solução envolve métodos numéricos, sendo o MEF – Método dos Esta solução envolve métodos numéricos, sendo o MEF – Método dos

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Análise do comportamento de um talude através do MEF: Análise do comportamento de um talude através do MEF:

a)

a) Seção transversal de aterro sobre Seção transversal de aterro sobre argila mole;argila mole; b)

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Objetivo:

Objetivo: encontrar a superfície crítica de ruptura, ou seja, a que encontrar a superfície crítica de ruptura, ou seja, a que corresponde ao menorcorresponde ao menor valor de F.

valor de F. A análise por

A análise por equilíbrio limite engloba os chamadosequilíbrio limite engloba os chamados métodos tradicionaismétodos tradicionais:: - Perfis

- Perfis homogêneos: para superfícies de ruptura circulares (hipótese compatível com ahomogêneos: para superfícies de ruptura circulares (hipótese compatível com a consideração de talude/fundação constituído por um único material). Geralmente

consideração de talude/fundação constituído por um único material). Geralmente utilizados para análises em termos de tensões totais.

utilizados para análises em termos de tensões totais. São métodos de análise expedita (sem

São métodos de análise expedita (sem justificajustificativa atual para uso tiva atual para uso em projetos/retro-em projetos/retro-análises, pois são

análises, pois são ultrapassadultrapassados).os). Ex: Métodos de Taylor (1948) e

Ex: Métodos de Taylor (1948) e Frohilich (1955).Frohilich (1955). - Perfis

- Perfis Quaisquer: Englobam os chamados métodos de fatias.Quaisquer: Englobam os chamados métodos de fatias. a)

a) Métodos Métodos SimplificadoSimplificados:s: 1. 1. Fellenius;Fellenius; 2. 2. Bishop;Bishop; 3. 3. Janbu;Janbu; b)

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5. 5. Estabilização de Taludes

Estabilização de Taludes

O objetivo principal das técnicas de estabilização de taludes é aumentar a segurança dos O objetivo principal das técnicas de estabilização de taludes é aumentar a segurança dos mesmos.

mesmos.

5.1 Considerações de projeto

Não se pode normatizar o projeto de estabilização de taludes, pois cada problema é Não se pode normatizar o projeto de estabilização de taludes, pois cada problema é único, tendo-se em vista a natureza dos solos (materiais naturais) e o local onde se único, tendo-se em vista a natureza dos solos (materiais naturais) e o local onde se encontram.

encontram.

Para se poder projetar adequadamente um talude que seja estável, deve-se levar em Para se poder projetar adequadamente um talude que seja estável, deve-se levar em consideração dos dados de investigação de campo, ensaios de laboratório, análises de consideração dos dados de investigação de campo, ensaios de laboratório, análises de estabilidade efetuadas, a forma de execução da obra e sua manutenção. E, estabilidade efetuadas, a forma de execução da obra e sua manutenção. E, principalmente, o engenheiro deve utilizar seu bom senso.

principalmente, o engenheiro deve utilizar seu bom senso.

Muitas vezes, com uma simples modificação de geometria do talude, pode-se torná-lo Muitas vezes, com uma simples modificação de geometria do talude, pode-se torná-lo

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5.2 Tratamento Superficial

É uma medida preventiva a fim de evitar que material do maciço seja perdido, através É uma medida preventiva a fim de evitar que material do maciço seja perdido, através da erosão da face e/ou

da erosão da face e/ou que água em demasia infiltre no terreno.que água em demasia infiltre no terreno. Para tal, faz-se

Para tal, faz-se o recobrimento da superfície do o recobrimento da superfície do talude geralmente com:talude geralmente com: a) Vegetação rasteira;

a) Vegetação rasteira; b) Telas

b) Telas (geossintét(geossintéticos);icos); c) Argamassa ou

c) Argamassa ou concreto jateado.concreto jateado.

5.3 Solo Reforçado

Consiste na introdução de elementos resistentes na massa de solo, com a finalidade de Consiste na introdução de elementos resistentes na massa de solo, com a finalidade de aumentar a resistência do maciço como um todo. O método de execução é o chamado aumentar a resistência do maciço como um todo. O método de execução é o chamado “Down-Top” (de baixo para cima). Durante a execução do aterro a ser reforçado, a cada “Down-Top” (de baixo para cima). Durante a execução do aterro a ser reforçado, a cada camada de solo compactado executada, faz-se o intercalamento com uma camada de camada de solo compactado executada, faz-se o intercalamento com uma camada de elementos resistentes. À medida que o aterro vai sendo alteado, o talude reforçado vai elementos resistentes. À medida que o aterro vai sendo alteado, o talude reforçado vai tomando forma. Geralmente, a face do talude reforçado recebe um revestimento, para tomando forma. Geralmente, a face do talude reforçado recebe um revestimento, para que problemas, como erosão, possam ser

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Esquema de aterro em terra

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5.4

5.4 Solo Grampeado (ou Pregado)

Solo Grampeado (ou Pregado)

Consiste na introdução de barras metálicas, revestidas ou não, em maciços naturais ou Consiste na introdução de barras metálicas, revestidas ou não, em maciços naturais ou em aterros. Sua execução é composta das seguintes fases: perfuração do maciço, em aterros. Sua execução é composta das seguintes fases: perfuração do maciço, introdução da barra metálica no furo e preenchimento do mesmo com nata de cimento. introdução da barra metálica no furo e preenchimento do mesmo com nata de cimento. A cabeça do prego pode ser protegida, bem como a face do talude, com argamassa de A cabeça do prego pode ser protegida, bem como a face do talude, com argamassa de cimento ou com concreto jateado. Os grampos não são protendidos, sendo solicitados cimento ou com concreto jateado. Os grampos não são protendidos, sendo solicitados somente quando o maciço sofre pequenos deslocamentos.

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5.5

5.5 Muros de Arrimo

Muros de Arrimo

São paredes que servem para conter massas de terra. Podem ser de diversos tipos e São paredes que servem para conter massas de terra. Podem ser de diversos tipos e funcionar de diferentes

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5.6

5.6 Cortina Atirantada

Cortina Atirantada

Consiste numa parede de concreto armado, através dos quais o maciço é perfurado, Consiste numa parede de concreto armado, através dos quais o maciço é perfurado, sendo introduzidas nos furos barras metálicas (tirantes). Após o posicionamento destas sendo introduzidas nos furos barras metálicas (tirantes). Após o posicionamento destas barras, é introduzida nas perfurações nata de cimento a alta pressão, que penetra nos barras, é introduzida nas perfurações nata de cimento a alta pressão, que penetra nos vazios do solo, formando um bulbo, e ancorando as barras metálicas. Passado o tempo vazios do solo, formando um bulbo, e ancorando as barras metálicas. Passado o tempo

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5.7

5.7 Drenagem

Drenagem

Devido aos inúmeros efeitos que a água pode exercer sobre um maciço de solo ou de Devido aos inúmeros efeitos que a água pode exercer sobre um maciço de solo ou de rocha (aumento do peso

rocha (aumento do peso específico do material, aumento da poro-pressão e conseqüenteespecífico do material, aumento da poro-pressão e conseqüente diminuição da pressão efetiva, forças de percolação, subpressão, e outros), é diminuição da pressão efetiva, forças de percolação, subpressão, e outros), é extremamente necessário que se tomem os cuidados recomendados no que diz respeito à extremamente necessário que se tomem os cuidados recomendados no que diz respeito à

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BIBLIOGRAFIA BIBLIOGRAFIA

“Landslides – Investigation and Mitigation”- Special Report 247,

“Landslides – Investigation and Mitigation”- Special Report 247, TransportatioTransportationn Research Board, National Research, 1996.

Research Board, National Research, 1996. “Fundações – Teoria e Prática” , 1

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