Estabilidade de Taludes e Projeto de Barragens

Fundações e Obras de Terra Caros alunos as vídeo aulas desta disciplina encontramse no AVA Ambiente Virtual de Aprendizagem Unidade 4 Estabilidade de Taludes e Projeto de Barragens Introdução da Unidade Introdução Nessa unidade iremos conhecer os principais conceitos relacionados a verificação da estabilidade de taludes e relacionados ao projeto de barragens Vamos conhecer as bases teóricas e aplicações e limitações de diversos métodos permitindo a você aluno inferir sobre a segurança a ruptura de um talude Vamos também conhecer as barragens suas funções e estruturas internas Apreender conceitos básicos de projeto de barragens além da importância das estruturas internas e suas funções Objetivos Reconhecer os mecanismos resistentes de um talude Estimar e avaliar a segurança de um talude e ou barragem de terra Avaliar a importância das estruturas internas de uma barragem Conhecer os principais desafios construtivos e de projeto de uma barragem Avaliar a aplicabilidade de cada método construtivo de uma barragem Conhecer a tipologia e classificação de uma barragem Conteúdo programático Aula 1 Estabilidade de Taludes Aula 2 Conceitos e Projetos de Barragens Referências HACHICH W et al Fundações Teoria e Prática São Paulo ABMSABEF PINI 1996 CINTRA J C A AOKI N Fundações por estacas projeto geotécnico São Paulo SP Oficina de Textos 2010 CINTRA J C A AOKI N ALBIERO JH Fundações diretas projeto geotécnico São Paulo SP Oficina de Textos 2011 Aula 1 Estabilidade de Taludes Os taludes são obras de terra importantes para a sociedade ao se construir uma rodovia uma barragem um galpão um loteamento é preciso fazer diversos aterros e cortes Os taludes correspondem justamente a massa de solo que é responsável por estabilizar um desnível Sendo assim é imprescindível conhecermos o comportamento do talude como um todo ou seja o comportamento dessa massa de solo justamente para evitar seu desmoronamento O desmoronamento de taludes causa prejuízos sensíveis à sociedade recentemente o tema ganhou bastante espaço no meio técnico após a ruptura da Barragem do fundão em Mariana figura 11 O desastre ocorrido em 5 de novembro de 2015 causou danos irreparáveis ao meio ambiente mostrando o custo que se paga por ser negligente com a análise da estabilidade de taludes Figura 11 Barragem de Mariana SAMARCO Fonte httpfundaoinvestigationcomptbr Nesse sentido é responsabilidade dos profissionais procurar maneiras métodos e técnicas para evitar que estes sinistros ocorram Garantindo segurança à sociedade e aplicações econômicas dessa tecnologia Você poderá também assistir às videoaulas em seu celular Basta apontar a câmera para os QRCodes distribuídos neste conteúdo Pode ser necessário instalar um aplicativo de leitura QRcode no celular e efetuar login na sua conta Gmail VIDEO AULA 11 Estabilidade de taludes O estudo da estabilidade de talude envolve a definição dos tipos de movimentos de massa sendo que o desmoronamento de um talude é apenas um dos movimentos de massa que podem ocorrer Estes movimentos são nomeados conforme a velocidade em que ocorrem os principais são os desmoronamentos escorregamentos e os rastejos ordenados do mais rápido para o mais lento Figura 12 Movimentos de massa e velocidade Fonte Caputo 1978 Videoaula 1 Utilize o QRcode para assistir A figura 13 mostra exemplos de um desmoronamento um escorregamento e um rastejo creep Figura 13 Exemplos de Movimentos de massa Fonte httpwwwufjfbrnugeofiles200911togotUnid04EstabilidadeTaludes01pdf A análise da estabilidade destes taludes depende da velocidade de movimento e portanto da natureza do deslocamento e principalmente da superfície de ruptura No entanto esta superfície só é conhecida após a consumação da ruptura para contornar essa situação adota se uma superfície que represente ao menos em parte a superfície real Figura 14 Superfícies de rupturas prováveis Fonte Gerscovich 2016 Uma vez conhecida ou assumida uma superfície de ruptura é possível verificar a estabilidade do talude através da verificação de estabilidade e condições de equilíbrio de diversas cunhas do talude Como não conhecemos a superfície de ruptura é necessário testar várias superfícies até encontrar a superfície com maior probabilidade de ruptura isto é com o menor fatore de segurança Existem diversos métodos de análise de estabilidade de taludes sendo que a grande maioria parte da ideia de dividir o talude em cunhas ou lamelas e avaliar o equilíbrio das lamelas Serão apresentados alguns métodos de verificação da estabilidade de taludes 12 Talude infinito O método do talude infinito aplicase a taludes de grande comprimento com uma inclinação constante Para o cálculo considerase uma superfície de ruptura que seja paralela ao terreno resultando em uma lamela de altura constante Figura 15 Talude infinito Fonte httpwwwufjfbrnugeofiles200911togotUnid04EstabilidadeTaludes01pdf Sobre essa lamela aplicamos o equilíbrio de corpo rígido considerando que na ruptura a lamela movimentase como um todo Deste equilíbrio da Lamela chegamos na seguinte formulação para o fator de segurança 13 Culman O método de Culman consiste na análise da estabilidade de uma única cunha cuja inclinação é constante embora não seja conhecida Figura 16 Método de Culmam Fonte httpwwwufjfbrnugeofiles200911togotUnid04EstabilidadeTaludes01pdf Sobre essa cunha triangular aplicamos o equilíbrio de corpo rígido de onde temos o fator de segurança expresso abaixo O tamanho da cunha depende do ângulo de inclinação da cunha e por isso é necessário verificar o fator de segurança para vários ângulos ou seja várias superfícies de ruptura 14 Fellenius e Método Sueco A observação da ruptura de taludes comuns levou a hipótese de uma superfície de ruptura circular a qual escorrega em um formato de arco de círculo Para verificação deste arco de círculo é necessário subdividir a região em várias lamelas de cálculo mais fácil Após a divisão e cálculo de cada lamela é avaliado o equilibro do conjunto Esse procedimento é o que se conhece por método Sueco ou método das fatias Após a avaliação da superfície de ruptura é necessário testar outras superfícies prováveis de ruptura Figura 17 Método de Fellenius Fonte do autor O método de Fellenius envolve o equilibro de cada lamela e considera também o equilíbrio do todo assim como exemplificado pela Figura 17 Após adotada a superfície de ruptura isto é centro do círculo e raio procedese então com o equilíbrio de cada lamela avaliandose o desenvolvimento de tensões de cisalhamento na superfície Tendose o equilíbrio de cada lamela avaliase o equilíbrio do conjunto com a fórmula a seguir Uma vez avaliada a segurança de uma superfície de ruptura é necessário testar outras superfícies afim de localizar a superfície mais provável de ocorrer ruptura ou seja a superfície com menor fator de segurança Como o método um arco de círculo para representar a superfície precisamos testar diferentes centros para este círculo diferentes superfícies de ruptura até localizarmos a superfície crítica Figura 18 Superfície de Ruptura como arco de Círculo Fonte httpwwwufjfbrnugeofiles200911togotUnid04EstabilidadeTaludes01pdf VIDEO AULA 16 Aspectos complementares Ressaltase que as obras complementares são importantes para garantia da estabilidade de taludes e estruturas de contenção segundo Moliterno 1980 35 dos acidentes e patologias envolvendo muros de arrimo estão relacionados à problemas de drenagem Em outras palavras a maior causa de problemas em obras de contenção não é a insuficiência estrutural mas sim problemas de drenagem é por isso que geralmente temos a ruptura em tempos chuvosos Tendo em mente a importância dessas estruturas o projeto de contenção deve envolver também o projeto de drenagem Dividimos o sistema de drenagem em dois sistemas o de drenagem superficial e o de drenagem profunda Videoaula 1 Utilize o QRcode para assistir A drenagem superficial envolve a execução de dispositivos que permitam o escoamento de água antes que ela infiltre no talude Para tanto usamos das sarjetas que podem ser executadas no pé do talude e na crista do mesmo permitindo o escoamento da água até dispositivos de dissipação de energia ou descarga em rios Os sistemas de drenagem profunda envolvem estruturas que estão dentro do talude temos os colchões drenantes e os barbacãs Os colchões são compostos por brita graduada simples envolta em um geotêxtil o geotêxtil funciona como um filtro permitindo a passagem de água sem carreamento das partículas do solo Já os barbacãs são tubos dreno que são instalados depois da construção do talude São feitos furos subhorizontais no talude aonde são inseridos e eles permitem a passagem de água para fora do talude Figura 19 Estruturas de drenagem Fonte httpwwwufjfbrnugeofiles200911togotUnid04EstabilidadeTaludes01pdf VIDEO AULA Videoaula 3 Utilize o QRcode para assistir Leitura Leia o capítulo 1 do livro GERSOVICH D Estabilidade de Taludes São Paulo Oficina de textos 2017 Disponível na biblioteca httpsplataformabvirtualcombrLeitorPublicacao38883pdf Aula 2 Conceitos e Projetos de Barragens As barragens são obras que marcam o triunfo da engenharia sobre a natureza são obras com grande impacto ambiental e que alteram profundamente a paisagem da região Ainda assim são obras importantíssimas para a sociedade desde a geração de energia à captação de água Representam uma estrutura anterior à formação de uma cidade ou vilarejo Figura 21 Hidrelétrica de Itaipu Fonte httpswwwh2fozcombrnoticianotadeesclarecimentoitaipu A usina hidrelétrica de Itaipu foi um desafio para a engenharia nacional e ainda hoje é reconhecida como uma das mais importantes e maiores represas da engenharia moderna Para garantir o bom funcionamento e operação de uma usina hidroelétrica é necessário conhecer as estruturas interna de uma barragem bem como seu comportamento os diferentes tipos de barragem A principal função que se tem em mente de uma barragem é a geração de energia elétrica no entanto a construção de uma barragem pode ter outras funções e classificações 21 Classificações e Funções de Barragens As barragens são estruturas construídas em vales e destinadas a fechar ou desviar o curso dágua Diferentemente dos diques que são obras construídas ao logo dos cursos dágua para evitar seu transbordo As barragens são classificadas em barragens de acumulação e barragens de derivação As barragens de acumulação são aquelas destinadas a acumular determinado material que pode ser água rejeito ou outro depósito Já as barragens de derivação são aquelas que se destinam ao desvio dos cursos de um rio Geralmente são construídas antes da construção de barragens de acumulação As barragens de acumulação podem ser usadas para geração de energia elétrica abastecimento de água controle de enchentes contenção de rejeitos navegação ou irrigação As barragens de derivação são usadas para controle de enchente desvio de cursos dágua para enceradeiras e para a construção de uma barragem maior VIDEO AULA 22 Tipologia construtiva de Barragens Os tipos de barragens são classificados conforme o material que é constituída a barragem podemos definir então as a barragens de terra compostas por solo e rochas e as barragens de concreto As barragens de concreto podem ser em gravidade gravidade aliviada em arco ou em contrafortes Estas barragens são extremamente impermeáveis quando comparadas com as de terra porem são extremamente pesadas de tal forma que geralmente sua construção viabilizase apenas quando apoiada sobre rocha Videoaula 1 Utilize o QRcode para assistir Figura 22 Hoover Dam Fonte httpwwwtours4funcomhooverdamupgradetourhtml O uso de barragens em arco é muito interessante pois o formato de arco faz com que a estrutura trabalhe sempre a compressão por outro lado os esforços horizontais para ancorar o arco acabam sobrecarregando as margens da barragem As barragens de terra são construídas por um aterro e podem ser constituídas de solo ou de rocha Quando uma barragem é constituída essencialmente de rocha chamamos a de barragem de enrocamento As barragens de terra podem ser classificadas em homogêneas e zoneadas Quando temos a predominância de um único material chamamos a de barragem homogênea já quando temos vários materiais classificamos elas em barragem zoneada No caso de barragens zoneadas é comum o uso de materiais mais pesados nas faces de montante e jusante e de materiais mais impermeáveis no centro da barragem Criando uma região que chamamos de núcleo impermeável que geralmente é composta por argila mas pode ser feita de asfalto ou até concreto Figura 23 Barragem zoneada e homogênea Fonte httpwwwufjfbrnugeofiles200911togotunid05pdf As barragens de rejeitos são barragens construídas afim de conter resíduos de mineração industriais e etc Esses resíduos geralmente causam impactos ambientais e por isso o projeto de uma barragem de rejeitos tem certas peculiaridades para minimizar os impactos ambientais Outra dificuldade de barragens de rejeitos é a estimativa do comportamento mecânico do rejeito que pode ter propriedades específicas Figura 24 Barragem de rejeito Fonte httpwwwufjfbrnugeofiles200911togotunid05pdf O processo construtivo de uma barragem de rejeitos também passa por dificuldades técnicas pois a barragem é construída juntamente com o depósito dos rejeitos Em linhas gerais existem duas técnicas uma na qual os alteamentos são construídos para dentro do lago de rejeitos e outra na qual os alteamentos são construídos sobre eles mesmos Em ambos os casos se faz necessário o projeto e acompanhamento por um especialista O aterro hidráulico é uma técnica na qual o aterro sofre compactação apenas com o próprio peso ou seja sem a compactação externa Essa técnica de construção permite velocidade na execução porem precisa de taludes mais abatidos para atingir cargas equivalentes portanto maior consumo de material 23 Partes de uma Barragem O projeto de uma barragem contempla uma série de estruturas internas que tem respectivas funções A figura 25 mostra uma seção de uma barragem típica onde podem ser observados uma série de estruturas Figura 25 Partes de uma barragem Fonte httpwwwufjfbrnugeofiles200911togotunid05pdf A montante da barragem temos o reservatório e a jusante temos o talude de jusante Os maciços de jusante e montante tem a principal função de estabilizar a barragem O núcleo impermeável geralmente é construído por argila e tem a função de dificultar a passagem dágua pela barragem pois isso pode comprometer sua estrutura As demais estruturas da barragem são RipRap estrutura posicionada a montante destinada a proteger o maciço de solos de erosão e efeitos dinâmicos dágua Drenos são estruturas destinadas a promover um caminho preferencial e controlado da água que adentra ao maciço da barragem Filtros são estruturas que não permitem o carreamento de partículas menores para dentro do dreno Poços de alívio estrutura destinada a aliviar a subpressão no pé da barragem Dreno de pé estrutura destinada a drenar a água horizontalmente coletando ao longo de toda a barragem Instrumentação são sensores colocados em posições estratégicas da barragem afim de permitir o monitoramento do comportamento da barragem Borda livre é a altura extra na qual o topo da barragem tem em relação ao maior volume do rio Crista é o topo da barragem isto é a crista Os drenos são estruturas importantíssimas para assegurar a estabilidade da barragem Em cada caso recomendase uma configuração de drenagem que deve ser feita estudando as linhas de fluxo que perolam por dentro do maciço de solos Figura 27 Drenos horizontais drenos verticais e drenos inclinados Fonte Main Brazilian Dam 2016 Temos drenos horizontais que são recomendados para pequenas barragens drenos verticais para barragens médias à grande E drenos subhorizontais para barragens grandes VIDEO AULA 24 Construção de uma Barragem A construção de uma barragem envolve diferente estudos e situações que fogem a prática de estruturas convencionais Isso também se agrava ao fato de que barragens geralmente são construídas em locais remotos geralmente antes de cidades importantes Por isso a construção de uma barragem esbarra em vários problemas e precisa de diversos profissionais e estudos em cada uma das áreas No caso de uma usina hidrelétrica o projeto hidráulico e elétrico será responsável por definir a altura na qual ocorre a maior geração de energia com o menor reservatório Esse é um equilíbrio delicado pois barragens muito altas tem reservatórios muito grandes o que implica em uma perda de água por evaporação que pode ao longo dos anos enfraquecer a vazão do rio diminuindo a geração de energia Outro problema relacionado a reservatórios muito grandes é a deposição de sedimentos no fundo do reservatório que pode com o tempo provocar o transbordo da barragem Videoaula 2 Utilize o QRcode para assistir Figura 27 Construção de uma barragem processo teórico à esquerda fases de construção da HE Canabrava GO à direita Fonte Main Brazilian Dam 2016 Definida de maneira preliminar a altura devese definir o local onde devese atentar para a capacidade das fundações que podem alterar a altura da barragem em função do peso A definição do local também envolve a dificuldade de se obter materiais na região isto é na demanda e quantidades necessários Muitas vezes a construção da barragem viabilizase me locais privilegiados para o fornecimento de materiais O processo construtivo da barragem envolve o desvio do rio ou no mínimo a construção de uma ensecadeira conforme Figura 27 O processo teórico seria estrangular o corpo hídrico com uma ensacaderia para a construção de um vertedouro ou comporta Abrese a comporta e se desmancha a ensecadeira fazendo a água fluir pela comporta Terminase a execução da barragem e fechase a comporta Outra solução é o uso de tuneis de tomada de água que permitem que se use de desvios naturais no curso do rio para a construção de uma comporta pela qual a água é convidada a passar 25 Aterro Sobre solos Moles A construção de rodovias ou aeroportos demanda a construção de aterros que quando cruzam regiões de solos argilas moles ou turfa representam um desafio para engenharia O desafio de se construir sobre solos moles é um problema que envolve os recalques a longo prazo ou seja além dos recalques imediatos os recalques por adensamento Existem algumas maneiras de se contornar esse efeito Basicamente podemos construir o aterro lentamente e esperar os recalques remover a camada de solo mole ou construir um aterro mais leve Na construção lenta do aterro podemos fazêla por etapas na qual se constrói uma camada e espera para construir a segunda Podemos construir bermas extras afim de equilibrar melhor o aterro Em todos os casos o processo é demorado para agilizar esse procedimento utilizase de drenos verticais de areia que permitem a expulsão de água do solo agilizando o processo de adensamento Figura 28 Aterro sobe solos moles Fonte httpwwwufjfbrnugeofiles200911togotunid05pdf Outra solução é usar de um aterro leve com um material diferente com preenchimento de EPS por exemplo Temos ainda a opção de remoção total ou parcial da camada de solo mole Podese ainda fazer o aterro sobre estacas de tal forma que o aterro se funciona apoiado nessas estacas A depender do nível de esforço essas estacas podem ser de concreto com capteis para esforços mais baixos podese utilizar de estacas de solo cimento e até de brita graduada simples VIDEO AULA Leitura Leia o capítulo 2 do livro GERSOVICH D Estabilidade de Taludes São Paulo Oficina de textos 2017 Disponível na biblioteca httpsplataformabvirtualcombrLeitorPublicacao38883pdf Videoaula 3 Utilize o QRcode para assistir Videoaula Resolução de Exercícios Utilize o QRcode para assistir Encerramento Nessa unidade conhecemos os tipos de talude e de movimento de massa Apreendemos os principais métodos de verificação da sua estabilidade e suas principais aplicações Conhecemos também as funções e estruturas de uma barragem Encerramento da Unidade O estudo do comportamento do solo é desafiador assim como o desempenho de nossas estruturas Nessa disciplina conhecemos as principais soluções de fundação presentes no mercado brasileiro A disciplina de fundações é muito importante para a Engenharia civil como um todo pois todos empreendimentos estão apoiados no solo e demandam conhecimento técnico específico sobre seu comportamento Além de conhecimento sobre o solo precisamos conhecer sobre a estrutura o elemento estrutural de fundação ou seja a interface entre solo e estrutura Na unidade 01 conhecemos os tipos e classificações de fundações quais as diferenças básicas entre fundações diretas e indiretas além de todos os detalhes construtivos e vantagens associadas a cada tipo de fundação Essa unidade aborda importantes aspectos relativos ao procedimento de execução que é um fator muito importante para o engenheiro de obras Na unidade 02 estudamos os métodos de dimensionamento você foi capaz de conhecer e dimensionar fundações diretas e indiretas Abordamos também as provas de carga que são usadas para verificar o comportamento do elemento de fundação Na unidade 03 conseguimos entender o processo do recalque o recalque imediato o recalque por adensamento como evitar e como calcular cada um dos tipos de recalque em cada solução de fundações Abordamos também os principais conceitos relacionados ao projeto de fundações as incertezas a variabilidade e a influência de fatores externos Na unidade 04 estudamos os taludes e as barragens conhecemos os principais movimentos de massa e aprendemos a verificar sua estabilidade Nas barragens conhecemos as estruturas internas e a importância de cada uma delas para a manutenção e segurança da barragem Por fim é importante lembrarmos que Fundações é uma ciência empírica que se propõe a estimar o comportamento de um material extremamente complexo e variável que é o solo Portanto o engenheiro geotécnico deve sempre respeitar a natureza e estar em constante estudo pois cada solo de cada região tem um comportamento diferente Videoaula Encerramento Utilize o QRcode para assistir Esperamos que este guia o tenha ajudado compreender a organização e o funcionamento de seu curso Outras questões importantes relacionadas ao curso serão disponibilizadas pela coordenação Grande abraço e sucesso Esperamos que este guia o tenha ajudado compreender a organização e o funcionamento de seu curso Outras questões importantes relacionadas ao curso serão disponibilizadas pela coordenação Grande abraço e sucesso