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Caracterizao Fsico-Mecnica dos Solos da Bacia Hidrogrfica de Santa Luzia no mbito do Projeto MonitorizaRibeiras do LREC DISSERTAO DE MESTRADO

Lcia Isabel Nunes Figueira MESTRADO EM ENGENHARIA CIVIL

setembro | 2015

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Caracterizao Fsico-Mecnica dos Solos da Bacia Hidrogrfica de Santa Luzia no mbito do Projeto MonitorizaRibeiras do LREC DISSERTAO DE MESTRADO

Lcia Isabel Nunes Figueira MESTRADO EM ENGENHARIA CIVIL

ORIENTADOR Paulo Miguel de Macedo Frana

CO-ORIENTADOR

Jos Fernando Vieira de Sousa

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Agradecimentos

Ao professor doutor Paulo Miguel Macedo Frana, pela orientao, apoio e pelo contnuo

incentivo. com elevado respeito e considerao que agradeo toda a ajuda e disponibilidade

prestadas ao longo deste percurso.

Ao coorientador, Mestre Jos Fernando Vieira de Sousa, diretor do Departamento de Geotecnia

do LREC, por todo o auxlio, pacincia e tempo disponibilizados. Agradeo tambm, no s

pelos conselhos e sugestes tcnicas, mas ainda pelo constante e incansvel acompanhamento

de todo o trabalho efetuado que permitiu a concretizao desta dissertao.

Ao Departamento de Geotecnia do LREC, Engenheira Dlia Sousa, aos tcnicos ngelo

Ornelas, Odlio Freitas e Quintino Fernandes, pela amabilidade e disponibilidade na execuo

dos ensaios em laboratrio. Agradeo tambm, Engenheira Lisandra Camacho.

minha famlia, meus pais e meus irmos que me acompanharam nos melhores e piores

momentos do trabalho e ainda assim no nunca deixaram de incentivar.

Aos meus amigos, que so os melhores companheiros no percurso acadmico e sem o apoio

dos quais tudo seria mais difcil.

O meu mais profundo e sincero agradecimento.

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Resumo

O contedo da presente dissertao aborda a importncia da caracterizao dos solos, na medida

em que estabilidade dos taludes um fator que depende fortemente da constituio e do tipo de

solo presente nos macios. A realizao deste estudo incide sobre os solos da bacia hidrogrfica

da ribeira de Santa Luzia. O motivo da escolha da bacia em causa prende-se com o facto de a

mesma ser uma das ribeiras que, atualmente se encontra sob observao atravs do projeto

MonitorizaRibeiras do LREC.

Os ensaios laboratoriais de caracterizao fsico-mecnica dos solos constituem uma das

componentes de maior relevncia na engenharia geotcnica. Neste trabalho a caracterizao

mecnica feita atravs de ensaios de corte direto (em caixa de corte), que permitem obter os

parmetros de resistncia do solo (ngulo de atrito e coeso). A caraterizao fsica foi efetuada

recorrendo a ensaios simples que permitem determinar os ndices fsicos do solo, mais

particularmente: determinao da baridade seca in situ, anlises granulomtricas, determinao

de limites de consistncia de Atterberg e do teor em gua natural, densidade de partculas

slidas e determinao da quantidade de matria orgnica.

Os parmetros obtidos permitem depois a realizao de uma anlise a vrios taludes com

diferentes inclinaes, de modo a verificar que influncias tais parmetros geram na obteno

do Fator de Segurana. Verifica-se que medida que o teor em gua aumenta, essa influnc ia

traduz-se na perda de resistncia de um solo. Tal anlise permitiu determinar quais as zonas da

bacia de Santa Luzia que com as caractersticas obtidas e nas condies estudadas se encontram

em maior perigo de escorregamento.

Os sensores de saturao do solo, sendo uma til ferramenta de monitorizao remota foram

alvo de pesquisa nesta dissertao. Esta pesquisa foi realizada com propsito de contribuir com

informao, que posteriormente auxilie, na implementao destes equipamentos no sistema do

projeto MonitorizaRibeiras.

Palavras-chave: Fator de Segurana; Coeso; Deslizamentos; Teor em gua; Estabilidade.

ix

Abstract

The content of this dissertation discusses the importance of soils characterization knowing that

slopes stability is a factor that strongly depends on the constitution and type of soils that form

the slopes. This study focuses on the watershed soils of the riverside of Santa Luzia. The reason

for the choice of the basin in question relates to the fact that it is one of the riversides, which is

currently under observation through the project "MonitorizaRibeiras" from LREC.

The laboratory tests of physical and mechanical characterization of soils are one of the most

relevant components in geotechnical engineering. In this work the mechanical characteriza t io n

is made by direct shear tests (in a shear box), allowing to achieve the soil strength parameters

(friction angle and cohesion). Physical characterization was performed using simple tests for

determining the soil physical parameters, more specifically: in situ determination of the dry

density, particle size analysis, determination of Atterberg limits and the content of natural water,

density of solid particles and determination of the amount of organic matter.

The obtained parameters allow the analysis of various slopes with different inclinations, in order

to verify what influences such parameters have on the calculation of the factor of safety. It is

noted that as the water content increases, this influence is reflected in the resistance loss of the

soil.

Soil moisture sensors, being a useful remote monitoring tool were the subject of research in this

dissertation. This research was conducted with purpose to contribute with information which

later can assist in the implementation of this equipment in the system that belongs to the project

"MonitorizaRibeiras".

Key words: Factor of safety; Cohesion; Landslides; Water content; Stability.

xi

ndice de Texto

Agradecimentos .......................................................................................................................... v

Resumo ......................................................................................................................................vii

Abstract ...................................................................................................................................... ix

ndice de Texto .......................................................................................................................... xi

ndice de Figuras....................................................................................................................... xiii

ndice de Tabelas ..................................................................................................................... xvii

Lista de Smbolos .....................................................................................................................xix

1. Introduo ............................................................................................................................ 1

1.1. Enquadramento Geral e Motivao.............................................................................. 1

1.2. Objetivos da Dissertao.............................................................................................. 3

1.3. Organizao da Dissertao ......................................................................................... 3

2. Caracterizao Fsico-Mecnica de Solos e Causas de Deslizamento ................................ 5

2.1. Caracterizao dos Solos ............................................................................................. 5

2.2. Resistncia ao Corte..................................................................................................... 6

2.3. Fator de Segurana..................................................................................................... 10

2.4. Fatores Causa dos Deslizamentos .............................................................................. 11

2.4.1. Condicionantes Geomorfolgicas....................................................................... 14

2.4.2. Condicionantes Pedolgicos ............................................................................... 16

2.4.3. Vegetao ........................................................................................................... 17

2.4.4. Ao do Homem ................................................................................................. 17

2.4.5. Precipitao......................................................................................................... 18

2.4.5.1. Infiltrao da Precipitao e Distribuio da Presso Intersticial ............... 19

2.4.5.2. Fator de Segurana e Precipitao............................................................... 23

2.4.5.3. Influncia da Durao da Precipitao ........................................................ 29

3. Sensores de Medio do Teor em gua do Solo. .............................................................. 33

3.1. O que So e Tipos de Sensores .................................................................................. 33

3.1.1. Reflectometria no Domnio do Tempo (TDR) ................................................... 34

3.1.2. Reflectometria no Domnio da Frequncia (FDR) ............................................. 36

3.1.3. Comparaes entre Tcnicas .....................................................................