Ruptura de um talude – com 15 metros de altura. Um exemplo de solução

Mauro Hernandez Lozano 1 | Ruth Helena de Castro 2 | Frederico Fernando Falconi 3 Marco Aurélio de Oliveira 4 | João Armando Lopes de Oliveira 5

1Resumo
O trabalho apresenta um caso de ruptura de um talude de cerca de 15 m de altura em uma extensão de 300 m, com inclinação em torno de 90o , onde durante o inicio das escavações ocorreu uma ruptura profunda. É apresentada a sequência geotécnica das analises e interpretações para diagnostico do problema e apresentada uma solução em solo grampeado para execução das obras de contenção.

Palavras-chave: taludes, estabilização de taludes, solo pregado, solo grampeado

2 Introdução
Trata-se de uma escavação para implantação de um supermercado, na cidade de Cotia SP, em solos de alteração de granito. A ruptura ocorreu quando se iniciava a contenção, de baixo para cima, de um trecho de 30m já totalmente escavado.
3Caracterização Geotécnica
As investigações geotécnicas foram iniciadas com mapeamento geológico das paredes escavadas, seguido da execução de sondagens a percussão e de coleta de amostras indeformadas para ensaios de laboratório.

Os aspectos geológico-estruturais do maciço granítico exposto foram avaliados procurando identificar descontinuidades nele existentes que pudessem ter propiciado o rompimento havido.

1. Diretor da Dýnamis Engenharia Geotécnica – Rua Visconde de Ouros, 282 – tel 5034 38 48, email: mauro@dynamisbr.com.br
2. Engenheira da Dýnamis Engenharia Geotécnica – Rua Visconde de Ouros, 282 – tel 5034 38 48, email: ruth@dynamisbr.com.br
3. Sócio–Diretor da Zaclis, Falconi – Rua Emb. Leão Veloso, 102 – tel 3873 25 00,  email: fred@zaclisfalconi.com.br
4. Engenheiro da Zaclis, Falconi – Rua Emb. Leão Veloso, 102 – tel: 3873 25 00; email marco@zaclisfalconi.com.br
5. Engenheiro João Armando – Reforça Engenharia e Fundações – Rua Camburiu, 248 – tel: 3836 65 33; email: reforca@uol.com.br

Os taludes foram escavados em sua maior parte em solos de alteração de rochas graníticas capeadas por uma delgada camada de solo coluvial. Abaixo dos solos de alteração ocorrem saprolitos de coesão variada e rocha alterada dura.

Apesar da existência de descontinuidades do maciço, não foram caracterizados aspectos estruturais que condicionassem ou justificassem a ruptura do talude.
As sondagens a percussão foram realizados com medida de torque e não foi encontrado nível de água. A Figura 1 apresenta planta e as Figuras 2 a 4 os perfis das sondagens.
Observa-se uma camada superficial com espessura de cerca 1,5 m, caracterizada como  silte arenoso, vermelho escuro (camada 1). A seguir verifica-se a camada 2 com espessura variando de 2,0 m a 9,0 m de silte arenoso, de cor vermelha com 3 < NSPT < 8. A camada 3 apresenta espessura variando de 1,0 m a até 14,0 m, de silte arenoso, vermelho, com 8 < NSPT < 13. A seguir verifica-se a camada 4 constituída por silte arenoso, cinza, com  NSPT acima de 15, com compacidade  mediamente compacta a muito compacta.

Excluindo-se a camada 1 de importância irrelevante as outras camadas caracterizam-se por uma areia silto-argilosa, conforme resultados dos ensaios de granulometria a apresentados no Tabela 1.

Tabela 1 – Resultados dos ensaios de granulometria

Amostra nº    Camada    Granulometria (%)
Argila    Silte    Areia    Pedregulho
Fina    Média    Grossa
0308/024    2    9,65    25,03    38,29    19,46    2,57    5,01
0308/022    3    16,59    24,74    44,57    13,44    0,66    0,00
0308/023    4    7,13    17,82    61,70    13,16    0,21    0,00

Os parâmetros de resistência ao cisalhamento foram obtidos de ensaios triaxiais adensados rápidos e da retroanálise da ruptura e estão resumidos na Tabela 2.

Tabela 2 – Resumo dos resultados dos ensaios triaxiais

Camada    Caracterização    NSPT    Massa Específica (kN/m³)    Coesão (kN/m²)    Ângulo de Atrito (º)
Geológica    Granulométrica
2    Solo Residual    Areia silto-argilosa    3 a 8    16,00    20    26
3    Solo Residual    Areia silto-argilosa    8 a 13    16,5    32,4    24
4    Alteração de Rocha    Areia silto-argilosa    > 15    18,00    60    24

4Identificação do Problema
Os estudos de retroanálise do talude indicaram que os parâmetros de resistência da  camada 3 não condiziam com os resultados dos ensaios triaxiais. A Figura 6 mostra o circulo da retroanálise.
A interpretação da retroanálise da ruptura conjuntamente com ensaios triaxiais resultaram em considerar que a camada 3, superficialmente, apresenta-se com resistência reduzida e igual da camada 2.

Tal consideração ficaria justificada na eventual redução de resistência do solo da camada 3 pela descompressão lateral acarretada pelas escavações, haja vista, que não se identificou nenhuma descontinuidade geológica que justificasse tal ruptura.

5Processo: Prevenção e Execução
Com as investigações geotécnicas de campo e laboratório seria possível prever o risco elevado de ruptura de uma escavação sub vertical como pretendida inicialmente e que resultou na ruptura ocorrida.

Os estudo de estabilidade na condição de escavação em uma inclinação de cerca de 750  também não indicavam um nível de segurança satisfatório para situações de círculos rasos e profundos, ver Figuras 7, 8 e 9.
Inclinações menores do talude não seriam possíveis por razões geométricas de implantação. Assim, foi necessário viabilizar uma solução de reforço do maciço de modo a conferir-lhe um nível de segurança adequado.

Foi adotada como solução o prosseguimento das escavações de cima para baixo com a concomitante implantação de grampos e concreto projetado na superfície do talude, solução denominada de solo grampeado (foto 2).

Os comprimentos e espaçamentos dos grampos foram dimensionados baseado num incremento do fator de segurança obtido através dos grampos. E, o esforço que um grampo absorve depende da adesão entre o solo e a nata de cimento e do comprimento deste dentro da zona passiva. A zona ativa é separada da passiva pela superfície de ruptura, que foram apresentadas na Figura 7, 8 e 9.
O esforço de cada grampo promove um momento estabilizante que pode ser adotado numericamente através do equilíbrio de momentos. Projetou-se assim um número de grampos que promovessem a elevação do nível de segurança obtida na condição anterior, ver Figura 10, 11 e 12 .
A adesão foi estimada de três formas diferentes; através de correlações existentes com NSPT, com valores de torque e com resultados de ensaios triaxiais onde se pode considerar o efeito de peso de terra. Os valores foram aferidos com ensaios de arrancamento mostrados a seguir.

A tabela 3 apresenta o resumo para valores de adesão (fs) calculados.

Tabela 3 – Resumo dos valores de adesão

Solo    Caracterização    Adesão  de  cálculo  na  ruptura
Correlação com SPT (1)    Torque    Ensaio Triaxial
Geológica    Granulométrica    NSPT    SPTm    fs (kPa)    Torque (kgf.m)    fs (2) (kPa)    qs = fs (kPa)
A    Solo Residual    Areia silto-argilosa    3 a 8    5    87,50    6    33,24    35 a 75
B    Solo Residual    Areia silto-argilosa    8 a 13    10    125,00    12    66,48    70 a 110
C    Alteração de Rocha    Areia silto-argilosa    > 15    15    162,50    20    110,80    95 a 180

6Controle
Durante a execução da obra foram efetuados vários ensaios de arrancamento de grampos, ver fotos 4 e 5, e seus resultados são apresentados na tabela 4:

Tabela 4 – resultados de ensaios de arrancamento

Nº do grampo    Comprimento do grampo (m)    Carga
(tf)    Carga/m (tf)    Adesão média (kPa)    observações
Setor 04 – H 12    8,00    11    1,38    43,93    Grampo sem injeção, somente bainha
Setor 04 – H 17    8,00    10    1,25    39,79    Grampo sem injeção, somente bainha
Setor 07 – C 10    7,00    15    2,14    68,11    Ensaio realizado 1 dia após injeção
Setor 07 – C 13    7,00    19    2,71    86,26    Ensaio realizado 1 dia após injeção

Os ensaios de arrancamento tiveram o objetivo de aferir os dados de adesão utilizados no projeto dos grampos. Os resultados mostraram que as adesões medidas em campo foram sempre um pouco superiores aos valores adotados em projeto, o que em última análise, é adequado para a obra em questão.

Todos os grampos foram executados com uma fase de injeção após a execução da bainha. No entanto, para avaliar o desempenho de grampos em geral, foram executados ensaios, em grampos não utilizados na contenção, com e sem a injeção, como mostrado na tabela 5. Os resultados mostraram que a injeção, como já sabido, é eficiente e aumenta a resistência do grampo, e conseqüentemente o fator de segurança para estruturas assim projetadas.

Tabela 5 – resultados de ensaios de arrancamento em grampos fora da área do talude

Nº do grampo    Comprimento do grampo (m)    Carga
(tf)    Carga/m (tf)    Adesão média (kPa)    Observações
1    5,00    2,2    0,44    14,01    Grampo sem injeção, somente bainha
2    5,00    2,2    0,44    14,01    Grampo sem injeção, somente bainha
3    5,00    9,8    1,96    62,39    Ensaio realizado 1 dia após injeção
4    5,00    15,3    2,26    71,94    Ensaio realizado 1 dia após injeção

Os grampos foram instalados aos pares, 1 com 3 e 2 com 4, um ao lado do outro a 1,50m de distância, em duas áreas distintas.
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7Conclusão
Casos de ruptura semelhantes podem ser evitados com uma investigação geotécnica adequada e anterior a qualquer a escavação.

Nas situações de escavação o mapeamento geológico em conjunto com investigações, interpretações de sondagens a percussão e ensaios triaxiais são indispensáveis. O controle da execução com ensaios de arrancamento, além de fácil execução, é instrumento importante para se verificar as premissas de projeto Quando se deseja obter uma obra segura e econômica devem ser obedecidos os critérios acima descritos de investigação, análise, execução e controle.


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