Conteúdo especializado de arquivo e risco grave: o artigo preserva o relato histórico da estabilidade de taludes, símbolos, fórmulas e diagramas do texto original. Não se trata de estudo geotécnico, projeto de escavação ou aterro, cálculo de estabilidade, plano de drenagem, avaliação de deslizamentos ou instruções de trabalho. Uma encosta instável pode soterrar repentinamente pessoas, edifícios e estradas; rachaduras, protuberâncias, água turva, subsidência ou deslocamento repentino observados devem ser tratados como motivo para afastamento da zona de perigo e uma avaliação profissional urgente.
Savo Kusić hoje se concentra em janelas de madeira, janelas de madeira-alumínio, janelas personalizadas, portas e pedidos de orçamento. Este artigo permanece como arquivo técnico e não representa oferta de projeto geotécnico, fiscalização ou execução de terraplenagem.
Para trabalhos de terraplenagem construídos, como cortes, aterros e canais, os taludes finais às vezes desmoronam. E um declive natural, sem obras artificiais, pode mover-se repentinamente e com muita força ou muito lentamente. Estes fenômenos são há muito tempo objeto de estudos geológicos e geomecânicos, com o objetivo de avaliar a estabilidade a partir das características físicas do solo e das condições de cada caso individual.
Causas do movimento das massas terrestres
A condição para a estabilidade de qualquer solo, seja um objeto de terra artificial ou um solo natural, é que haja um equilíbrio entre as forças externas e a resistência interna do solo. As forças externas são principalmente o peso do próprio solo, que geralmente é a única força externa, seguida por qualquer outra carga externa atuando no talude, permanente ou móvel. A resistência interna consiste em coesão e atrito em solo ligado, e apenas atrito em solo não ligado.
Fig. 1. Inclinação do aterro de solo solto
Se observarmos um aterro de altura h feito de solo completamente solto, por exemplo areia seca compactada, determinaremos que a inclinação desse aterro está inclinada em um ângulo β com a horizontal (fig. 1). O tamanho do ângulo β depende de vários fatores, como tamanho do grão, formato do grão e compactação. Se aumentarmos a altura do aterro h para h1, h2, etc. com o mesmo material não ligado da mesma compactação, o ângulo β não mudará, a inclinação do aterro permanecerá na mesma inclinação até uma altura ilimitada h. Para um determinado solo solto, o ângulo de declive natural β é independente da altura do declive h. O tamanho do ângulo β para solo não ligado depende do ângulo de atrito interno do solo φ e é considerado ligeiramente menor ou igual a ele, β ≤ φ.
Fig. 2. Corte de talude em solo encadernado
Se observarmos um corte feito em solo ligado, descobriremos que a inclinação do corte é mantida sob uma inclinação mais forte 1:m, ou seja, em um ângulo β maior devido ao fato de que a resistência interna do solo ligado é aumentada pela coesão, que não existe na areia seca (fig. 2). Em certos tipos de solo, como o loesse seco, a coesão pode aumentar a resistência interna a tal ponto que o solo pode ser mantido com um lado cortado verticalmente, ou seja, num ângulo β = 90°. Porém, se aumentarmos a altura de corte h em solo encadernado para h1, h2, etc., o ângulo de inclinação do talude do corte β deve ser reduzido para manter o talude em estabilidade. Para cada ângulo de inclinação β da inclinação do corte em um determinado solo delimitado existe uma altura crítica hc. Se ultrapassarmos esta altura, a inclinação AB não será mantida em equilíbrio e deslizará sobre uma superfície deslizante CD (fig. 3). O deslizamento ocorreu devido a uma perturbação no equilíbrio entre a força externa, o peso próprio da massa terrestre e a resistência interna, que já não era suficiente para se opor ao aumento da força externa, ou seja, ao aumento do peso da massa de solo causado pelo aumento da altura da encosta h.
Fig. 3. Declividade deslizando em solo coeso
Resulta do exposto que o ângulo de inclinação natural do solo não pode ser adotado como um valor constante para um determinado solo, pois seu valor em todas as outras condições depende da altura da encosta e diminui com o aumento desta altura. No entanto, é frequentemente adotado para taludes de pequenas alturas como um valor constante, dependente do ângulo de atrito interno do solo φ.
A perturbação do equilíbrio também pode ocorrer sem aumentar a altura de corte h, por exemplo, quando a resistência interna do solo diminui. Os elementos de resistência interna do solo ligado, coesão e atrito, são altamente variáveis e dependentes da quantidade de água no solo. Portanto, em muitos casos, a causa do deslizamento é a supersaturação do solo retido pela água, que pode ser tão grande que o solo não consegue mais se sustentar em qualquer declive, mas desliza devido ao seu próprio peso.
Fig. 4. Deslizamento do solo devido à formação de superfícies deslizantes
Existem vários casos de deslizamento de solos devido à redução da resistência interna, dos quais citaremos aqui alguns característicos.
Educação de superfícies deslizantes
Se houver uma camada impermeável de argila em uma encosta abaixo da camada superficial de solo permeável (fig. 4a), ou se houver uma camada inclinada de areia na camada de argila (fig. 4b), na qual a água atmosférica ou superficial pode atingir (por exemplo, de uma vala de drenagem negligenciada), deslizamentos de terra podem ocorrer. Uma maior quantidade de água passa pela camada permeável até a camada de argila, que molha fortemente, reduzindo sua resistência na superfície, por onde desliza a camada superior.
Perturbação do equilíbrio ao cortar um corte
Cortar cortes durante a construção de ferrovias e estradas perturba o estado anterior de equilíbrio, pois no perfil de corte o solo fica sem suporte e tende a se mover para baixo devido à gravidade. Um estado de equilíbrio pode ser mantido se a resistência interna do solo for grande o suficiente para neutralizar esta tendência, o que também é possível quando o solo cortado consiste em camadas fortemente inclinadas em direção ao corte.
Fig. 5. Deslizamento de terreno devido ao corte em solo em camadas
No entanto, se camadas de solo impermeável e permeável forem cortadas alternadamente (Fig. 5), existe a possibilidade de lixiviação do solo permeável e umedecimento do solo impermeável, podendo ocorrer deslizamento.
Inomogeneidade do solo
Finas camadas de material impermeável em um aterro feito de solo permeável, as chamadas lentes de argila (fig. 6), também podem causar deslizamento se uma grande quantidade de água as atingir e formar uma superfície deslizante.
Fig. 6. Caso de deslizamento de aterro devido à composição não homogênea
Efeito da geada
Sob o efeito da geada, a água se acumula na camada superficial na forma de lentes de gelo. Durante o descongelamento, as lentes de gelo transformam-se em água, que supersatura o solo até a profundidade da ação do gelo, tornando-se uma massa líquida e perdendo sua estabilidade.
Este caso ocorre apenas em solos perigosos para geadas e com maior duração de geada, pois leva muito tempo para a formação de lentes de gelo.
Redução do nível das águas subterrâneas
Quando o nível do lençol freático desce permanentemente, por exemplo devido à realização de trabalhos no solo, o solo seca e, se for argila com grande inchaço, aparecem fissuras. Neles entram grandes quantidades de água superficial e atmosférica, molhando o solo e reduzindo sua resistência interna, o que também pode causar deslizamentos de terra.
Existem também muitos outros casos de deslizamento de terreno, pelo que se pode considerar que qualquer solo coerente pode, em determinadas circunstâncias, perder em maior ou menor grau a sua resistência interna e, sob a influência de forças externas, ser posto em movimento.
Solo incoerente é estável desde que o ângulo de inclinação do talude seja menor que o ângulo de atrito interno do solo. Com este tipo de solo, o deslizamento ocorre apenas se o ângulo de inclinação for maior que o ângulo de atrito interno. Porém, se um aterro for feito de material solto em solo argiloso, o solo argiloso pode deslizar e o aterro desabar, sendo necessário verificar a estabilidade.
Testando a estabilidade de taludes de terra
Formato da superfície deslizante
A condição de equilíbrio entre forças externas e resistência interna do solo foi estabelecida por Coulomb com sua equação
τ ≤ c + σ tgϕ
onde τ é a tensão de cisalhamento do solo, c é a coesão, σ é a tensão normal na superfície de deslizamento, ϕ é o ângulo de atrito interno.
Se a resistência interna do solo, a coesão c e o atrito σ tgϕ não forem suficientes para se opor à tensão de cisalhamento do solo, o deslizamento ocorre em uma superfície deslizante dentro do solo. Existem diferentes formas de superfícies deslizantes, que dependem das propriedades físicas do solo, estratificação, umidade, carga externa e outros fatores.
Os seguintes casos deslizantes típicos diferem de acordo com a posição:
Fig. 7. Casos típicos de deslizamentos de terra
a) Deslizamento dos lados verticais do corte. No caso de canais para abastecimento de água, esgoto, etc., que são escavados com lados verticais (fig. 7a), se a altura crítica hc, que depende das propriedades físicas do solo, for ultrapassada, ocorre deslizamento na superfície ADC. Esses deslizamentos geralmente não ocorrem ao longo de todo o comprimento do canal, mas são localizados, o que é explicado pela resistência ao cisalhamento irregular do solo.
b) Deslizamentos parciais de talude (fig. 7b). Esses deslizamentos geralmente aparecem na primavera em cortes de ferrovias e estradas e são o resultado da supersaturação do solo com água.
c) Deslizamento em declive à noite (fig. 7c). É o deslizamento de todo o talude do corte ou aterro até a perna C.
d) Inclinação deslizando sob os pés (Fig. 7d). É o deslizamento de todo o talude do corte ou aterro e do solo sob a sapata. Este deslizamento também é chamado de fratura de subleito ou fratura sueca, em homenagem aos suecos que o descreveram pela primeira vez.
Quanto à forma da superfície deslizante, só pode ser afirmado que a superfície deslizante no solo ligado não é reta, mas é uma superfície curva. Certos autores adotam um arco circular (Fellenius), uma espiral logarítmica (Rendulić) ou uma combinação dessas linhas curvas (Brinch Hansen) como forma da superfície deslizante.
Efeito da filtragem de água na estabilidade de taludes
Se houver água externa com nível N1 (fig. 8) na frente do talude, o fluxo de água ocorre no solo atrás do talude, o que provoca a pressão interna da água nos poros, como resultado o atrito entre as partículas sólidas diminui e a tensão de cisalhamento no solo aumenta.
Se o nível de água N1 na frente da encosta for constante, a coluna de água H*γW causa pressão de água nos poros do solo, o que reduz o atrito entre as partículas sólidas, aumentando o perigo de deslizamento da encosta. Porém, quando o nível N1 é constante, a pressão da coluna de água H*γW empurra as partículas sólidas para o interior do solo, reduzindo até certo ponto o perigo de deslizamento do talude. Neste caso, com um nível de água constante N1 na frente do talude, existe o perigo de deslizamento do talude a jusante, pois a ação de filtração da água no solo faz com que as partículas sólidas sejam empurradas para fora do talude a jusante.
Fig. 8. O efeito da filtração na estabilidade da encosta do solo
Se o nível externo da água cair drasticamente do nível de N1 para N2 então a estabilidade do talude a montante está ameaçada. Nesse caso, a água interna flui nos poros em direção ao lado externo do talude a montante, empurrando as partículas sólidas para esse lado.
Por tudo isso, se o talude do solo estiver submerso em água, o efeito da filtração da água também deve ser levado em consideração ao testar a estabilidade do talude.
O efeito da filtração da água no solo depende de vários fatores, os mais importantes dos quais são permeabilidade do solo, pressão hidrostática da água externa, taxa de declínio do nível de água externa e homogeneidade do solo.
Se assumirmos que o aterro na fig. 8 de massa homogeneamente isotrópica, sob o efeito da pressão hidrostática da água externa do nível N1, a água fluirá nos poros do aterro na direção da encosta a jusante, pelo que o nível da água subterrânea no aterro diminuirá com o comprimento da estrada percorrida. Se introduzirmos tubos piezômetros AA’, BB’ e CC’ no aterro (fig. 9), a água dos poros sob o efeito da pressão hidrostática entrará nesses tubos e subirá até o nível N1, que pode ser o mesmo em todos os tubos, se os pontos A, B e C forem selecionados de modo que as alturas da coluna de água nos tubos sejam h1, h2 e h3.
Fig. 9. Linhas equipotenciais e atuais
Se denotarmos por h a elevação do nível da água N1 em relação a algum plano OO escolhido arbitrariamente, então o potencial h para todos os pontos 3, A, B e C é o mesmo. A linha que conecta esses três pontos é a linha equipotencial. A água subterrânea no solo não pode fluir ao longo dessa linha, mas apenas na direção de pontos com menor potencial.
De forma semelhante podemos selecionar na mesma massa os pontos D, E e F com potencial menor h ― Δh. A linha que une esses três pontos é a linha equipotencial de potencial h ― Δh. O fluxo de água do ponto A da linha equipotencial ABC até algum ponto infinitamente próximo D da linha equipotencial DEF existirá na direção da maior queda hidráulica imax, ou seja, na direção da menor distância Δlmin = AD. Isso significa que a linha AD ao longo da qual a água flui é perpendicular a ambas as linhas equipotenciais, porque
imax = Δh / Δlmin
onde Δlmin é normal para ambas as linhas equipotenciais. Essas normais às linhas equipotenciais são as direções do fluxo de água na massa permeável e são chamadas de linhas de corrente. A comunidade de linhas equipotenciais e de corrente, mutuamente perpendiculares entre si, forma uma rede de fluxo.
As redes de fluxo têm diferentes formatos de acordo com a permeabilidade da massa. O caso mais comum é um aterro feito de massa permeável em solo impermeável, ou seja, em solo que pode ser impermeabilizado (fig. 10). Neste caso, se o nível externo da água for constante, as linhas de corrente estarão na parte central da parábola.
Fig. 10. Rede de fluxo em aterro permeável em solo impermeável
Na encosta a montante, as parábolas se conectam com as linhas perpendiculares à encosta, o que representa a linha equipotencial, porque em um nível constante N1 a água não flui encosta abaixo. Com o declive a jusante, as parábolas terminam tangencialmente ao declive, que não é uma linha equipotencial nem uma linha de corrente. A superfície do solo impermeável abaixo do aterro é uma linha de corrente, porque a água no fundo do aterro flui paralelamente a esta superfície. Na parte superior, a rede de fluxo termina com uma parábola básica chamada linha de infiltração, que representa o limite do solo sob a ação da filtração. Abaixo deste limite, o solo está sob efeito de filtração devido à pressão hidrostática da água externa H*γW, enquanto não há filtração no solo acima dele. A linha de infiltração também é chamada de linha de saturação, pois assume-se que o solo abaixo dela está completamente saturado com água, enquanto acima dela está parcialmente saturado.
A avaliação real do talude deve incluir investigação, estratificação, parâmetros de resistência, águas subterrâneas e superficiais, mudanças de nível, drenagem, fases sísmicas, escavação ou aterro, estruturas adjacentes e condições temporárias. Escavações sem proteção adequada e entrada em zona de possível deslizamento não são seguras com base no texto geral ou no próprio formato do talude.