TALUDES DE MONTANTE E JUSANTE

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1 TALUDES DE MONTANTE E JUSANTE Karl Terzaghi em seu discurso de abertura, referindo-se aos solos residuais brasileiros, disse que os nossos técnicos estavam em condições de pesquisar e experimentar nas construções tal tipo de solo, em proveito da técnica universal. No discurso de encerramento, Terzaghi voltou a referir-se aos engenheiros brasileiros dizendo que lhes cabia a grande missão de investigar e descobrir as intrincadas propriedades dos solos residuais, que ocorriam no Brasil em escala muito maior do que em outros países onde se praticava a Mecânica dos Solos. II Congresso Internacional de Mecânica dos Solos Rotterdam, 1948

2 IV.3- TALUDES DE MONTANTE E JUSANTE O talude de montante é a parte do maciço que vai ficar diretamente em contato com a água do reservatório, o que vai exigir considerações especiais na fase de projeto, no cálculo de sua estabilidade, e cuidados especiais para sua manutenção durante a fase de operação do reservatório. A sua inclinação deve ser definida através de cálculos de estabilidade, considerando-se: 1- As propriedades geotécnicas de resistência (Capítulo XX) e deformabilidade (Capitulo XX) do solo utilizado em seu estado compactado, em sua condição de umidade natural e também saturado (fase de enchimento e operação do reservatório); 2- As fases a que o aterro vai ser submetido, que são a fase de construção, a fase de final da construção, a fase de operação (solo saturado) e, caso venha a ocorrer, fase de rebaixamento rápido do nível de água do reservatório. O rebaixamento rápido é uma situação crítica para o talude de montante de uma barragem, sendo importante sua consideração nos cálculos de estabilidade. Consideram-se esvaziamentos rápidos para pequenas barragens os que apresentam velocidades mínimas de descida do nível, de 0,15 metros por dia (Bureau of Reclamation, 2002). Os valores das inclinações dos taludes podem ser necessários, como em anteprojetos para estimativas de custos, quando ainda não se dispõe dos dados geotécnicos para a realização dos cálculos de estabilidade. Nestes casos é costume se adotar inclinações para os taludes, com base em dados de experiência de obras executadas. Diversos autores apresentam sugestões de inclinação, considerando-se diferentes tipos de solo. Para maciços de pequenas barragens a serem construídos com solos que dêem uma boa compactação e em fundações estáveis pode-se adotar em um

3 anteprojeto a inclinação de 1 na vertical, para 3 na horizontal ( 1 : 3 ), para o talude de montante. Para o talude de jusante, considerando-se que o mesmo não vai estar diretamente em contato com a água do reservatório, razão pela qual é conhecido como o talude seco, para as mesmas condições citadas acima, pode-se adotar em um anteprojeto a inclinação de 1 na vertical para 2,5 na horizontal (1: 2,5 ). Por exemplo, para uma barragem com 10 metros de altura, a base do talude de montante deverá ter 30 metros de largura. Para a largura total da barragem deve-se acrescentar a largura da crista e a largura do talude de jusante. Neste exemplo, a base do talude de jusante deverá ter 25 metros de largura. Se considerarmos uma crista com 5 metros de largura, a largura total da barragem vai ser de 60 metros. Para aterros devidamente compactados de acordo com o estabelecido pelas normas de compactação, Eletrobrás (2000) recomenda para utilização em anteprojetos de pequenas barragens as inclinações de taludes, apresentadas na Tabela IV.3.1. Tabela IV.3.1- Inclinação de taludes ( Vertical : Horizontal ) em função do tipo de solo e altura da barragem (Eletrobrás, 2000 ). (Valores usuais considerando-se um adequada compactação do aterro e que o material da fundação não condiciona a estabilidade do talude casos nos quais as fundações são mais resistentes que os maciços compactados das barragens ). Material do Aterro H 5,00 metros 5,00 < H 10 metros Solos Argilosos Montante - 1 : 2 Montante 1 : 2,75 Jusante 1 : 1,75 Jusante 1 : 2,25

4 Solos Arenosos Montante - 1 : 2,25 Jusante 1 : 2,00 Areias e Cascalhos Montante - 1 : 2,75 Jusante 1 : 2,25 Pedras de mão Montante 1 : 1,35 (barragens mistas) Jusante 1 : 1,30 Montante - 1 : 3,00 Jusante 1 : 2,25 Montante - 1 : 3,00 Jusante 1 : 2,50 Montante 1 : 1,50 Jusante 1 : 1,40 Para a sua construção deve-se procurar uma jazida (Capítulo VI) que forneça material adequado para o processo de compactação (Capítulo VI) e que após compactado apresente boas características de impermeabilidade (Capítulo IX), resistência (Capítulo XX) e de deformabilidade (Capítulo XX). Para a proteção da parte não submersa do talude de montante, contra a ação das ondas e da natureza, deve-se adotar procedimentos especiais, os quais são apresentados no Capítulo IV.4. Para a proteção do talude de jusante também se deve adotar procedimentos, os quais são apresentados no Capítulo IV.5. Apresenta-se na Figura IV.3.1 o talude de montante de uma barragem, e na Figura IV.3.2 o talude de jusante de uma barragem.

5 Figura IV.3.1- Talude de montante de uma barragem. Figura IV.3.1- Talude de jusante de uma barragem.

6 TERRAPLAN

7 PROTEÇÃO DO TALUDE DE MONTANTE

8 IV.4- PROTEÇÃO DO TALUDE DE MONTANTE Devido à ação das ondas que se formam no reservatório, e também das águas de chuva que podem vir da crista, o talude de montante deve ser protegido contra a erosão. Esta proteção, geralmente é feita com rochas com tamanho suficiente para não serem arrastadas pelas ondas, denominadas de rip-rap. A proteção deve cobrir todo o trecho do talude, desde o seu topo, até cerca de 1m abaixo do nível de operação do reservatório. O rip-rap pode ser de dois tipos: rip-rap lançado ou rip-rap com pedras arrumadas. Apresenta-se na Figura IV.4.1 o talude de montante de uma barragem protegido por riprap. Apresenta-se na Figura IV.4.2 a colocação do rip-rap em uma barragem de terra em construção. Quando não há rocha suficiente para a construção do rip-rap, a proteção do talude pode ser feita através de: - Solo-cimento; - Revestimento de concreto; - Pedras rejuntadas IV.4.1- RIP-RAP LANÇADO O rip-rap lançado consiste de uma camada dimensionada de blocos de pedra, lançada sobre um filtro de uma ou mais camadas, de modo que este atue como zona de transição granulométrica, servindo como obstáculo à fuga dos materiais finos que constituem o maciço (Figura IV.4.2). A rocha a ser utilizada deve possuir dureza suficiente para resistir à ação dos fatores climáticos. As pedras ou blocos utilizados na construção do rip-rap devem ter de preferência o formato alongado, evitando-se, tanto quanto possível, os blocos de formato arredondado. Assim, as possibilidades de deslizamentos

9 são menores. A espessura da camada e o tamanho dos blocos é função do fetch. O dimensionamento recomendado do rip-rap é apresentado na Tabela IV.4.1. (Bureau of Reclamation, 2002). No Capítulo IV.7 apresentamse noções de granulometria, filtros e transições. Na Tabela IV.4.2, apresentam-se as sugestões do U.S. Army Corps of Engineers, para o diâmetro médio (D50) e espessura da camada de rip-rap, mínimos, em função da altura máxima das ondas. Sob o enrocamento, deve ser colocada uma camada de transição, de material granular, cuja espessura também é função da altura da onda (Tabela IV.4.3). IV.4.2- RIP-RAP COM PEDRAS ARRUMADAS No rip-rap com pedras arrumadas, as pedras são arrumadas de modo a constituírem uma camada de blocos bem definida, preenchendo-se os vazios com pedras menores (Figura IV.4.3). A qualidade da pedra dever ser excelente. A espessura da camada pode ser a metade da dimensão recomendada no caso de rip-rap lançado. (Bureau of Reclamation, 2002).

10 Figura IV.4.1- Talude de montante protegido por rip-rap. Figura IV.4.2- Construção do rip-rap em talude de montante. Figura IV.4.3- rip-rap lançado (Bureau of Reclamation, 2002).

11 Figura IV rip-rap - pedra arrumada (Bureau of Reclamation, 2002). Tabela IV.4.1- Dimensionamento do rip-rap (Bureau of Reclamation, 2002).(inclinação Horizontal : Vertical). Inclinação Hor. : Vert. Fetch (km) Espessura (metros) Pedra (kg) Máximo Pedra (kg) 40 a 50% Pedra (kg) 50 a 60% Pedra (kg) 0 a 10% 3 : 1 < 4 0, > a 600 < 35 3 : 1 > 4 1, > a < 45 2 : 1 qualquer 1, > a < 45 Tabela IV.4.2- Dimensionamento do rip-rap (U.S. Army Corps of Engineers, in Gaito,N. 2003) Altura máxima da onda (metros) Diâmetro médio D50 (metros) Espessura da camada (metros) 0 0,60 0,25 0,30 0,60 1,20 0,30 0,46 1,20 1,80 0,38 0,61 1,80 2,40 0,46 0,76 2,40 3,00 0,53 0,91

12 Tabela IV.4.3- Camada de transição sob o rip-rap (U.S. Army Corps of Engineers, in Gaito,N. 2003) Altura máxima da onda Espessura da camada de transição (metros) (metros) 0 1,20 0,15 1,20 2,40 0,23 2,40 3,00 0,30 IV.4.3- PROTEÇÃO COM SOLO-CIMENTO O solo-cimento normalmente é colocado em camadas com largura de 2,5m, em forma de escada. A espessura mínima recomendada para cada camada é de 0,15m. Para sua construção devem ser utilizados solos arenosos, com cerca de 10 a 15% passando na peneira de número 200, com índice de plasticidade menor que 8% (Fell et al, 1992). Apresenta-se na Figura IV.4.5 um desenho de um revestimento com solo-cimento e na Figura IV.4.6 a foto do talude de uma barragem, protegido com solo-cimento. Figura IV.4.5- Revestimento de Solo-Cimento.

13 Figura IV.4.5- Revestimento do talude de montante com Solo-Cimento. IV.4.4- PROTEÇÃO COM PEDRAS REJUNTADAS A colocação de uma camada de pedras rejuntadas com argamassa de cimento ou asfalto tem sido utilizada como proteção do talude de montante, apesar de não ser recomendável sua utilização. Não se recomenda esta prática porque a rigidez do sistema constituído pelas pedras rejuntadas não acompanha as deformações do maciço de terra. Caso seja utilizada, deve-se prever uma constante vistoria do sistema para se corrigir possíveis falhas. Optando-se por este sistema, a camada de pedra é construída sobre um colchão de areia com características de filtro, possuindo ambas, no mínimo, espessuras de 0,30m (Bureau of Reclamation, 2002). IV.4.5- PROTEÇÃO COM REVESTIMENTO DE CONCRETO Em obras de pequeno porte, onde não ocorra um controle rigoroso de sua construção, em geral, o revestimento de concreto não é recomendável,

14 porque a baixa elasticidade do material não acompanha os recalques diferenciais que podem ocorrer no maciço, havendo uma necessidade constante de manutenção do revestimento. Optando-se por este sistema, a espessura mínima recomendada é de 0,15m. A preferência é para a construção monolítica, embora placas de 2 por 2m venham sendo utilizadas (Bureau of Reclamation,2002). Apresenta-se na Figura IV.4.6, Figura IV.4.7 e Figura IV.4.8, o revestimento de concreto realizado em uma barragem de grande porte. Neste caso o revestimento, além da proteção contra as ondas, teve a função de impermeabilizar a face de montante da barragem. Apresenta-se na Figura IV.4.9 e Figura IV.4.10 uma barragem em operação, na qual a proteção com rip-rap foi feita parcialmente e ainda sem obedecer a espessura mínima necessária de camada de pedras. Apresenta-se na Figura IV.4.11 e Figura IV.4.12 um pequena barragem na qual a proteção do talude foi feita com pedras rejuntadas. Figura IV.4.6- Revestimento do talude de montante com concreto.

15 Figura IV.4.7- Revestimento do talude de montante com concreto. Figura IV.4.8- Revestimento do talude de montante com concreto.

16 Figura IV.4.9- Revestimento inadequado. Figura IV Revestimento sem obedecer a espessura mínima.

17 Figura IV Revestimento com pedras rejuntadas. Figura IV.4.8- Revestimento com pedras rejuntadas.

18 TERRAPLAN TERRAPLAN

19 TERRAPLAN Rip rap coberto pela vegetação + árvore nascendo

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21 Preparação do talude de montante Geotextil + rip rap

22 Geotextil + rip-rap Porto Primavera Photo 11 - Soil-cement Protection and Wave Deflector Concrete Wall

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26 PROTEÇÃO DO TALUDE DE JUSANTE

27 IV.5- PROTEÇÃO DO TALUDE DE JUSANTE O talude de jusante de uma barragem de terra deve ser protegido contra a erosão, causada pelas águas de chuva, que podem adquirir grandes velocidades, ao percorrer a distância entre o topo e o pé do talude. Geralmente, utiliza-se a grama para proteção do talude, podendo também ser usado outro material, como enrocamento, desde que este material seja economicamente viável. Aliado a esta proteção, devem ser construídas canaletas de drenagem, para coletar adequadamente a água. Estas canaletas devem ser dimensionadas de maneira a dar vazão ao máximo volume de água previsto para a região da implantação da obra. São apresentados nas Figura IV.5.1 e IV.5.2 o talude de jusante de uma barragem, protegido por grama, e o talude de jusante de uma barragem protegido por enrocamento. São apresentados nas Figuras IV.5.3 e IV.5.4 a erosão no talude de jusante de uma barragem causada pelas águas de chuva. Nas barragens de terra, a primeira providência consiste em subdividir o talude em trechos, de altura não superior a 10 metros, por meio da intercalação de bermas, com cerca de 3 a 5 metros de largura. A superfície das bermas deve apresentar pequena declividade para montante, a fim de evitar que as chuvas que nelas caem desçam para o talude inferior. Nessas bermas são instaladas canaletas de concreto, para coletar as águas que caem no talude do trecho superior e na própria berma, conduzindo-as, com declividade da ordem de 0,5%, para caixas, também dispostas nas bermas, a cada 100 metros, aproximadamente. As águas que chegam a essas caixas são conduzidas através de tubos de concreto, até outras caixas, construídas na berma inferior e, assim, sucessivamente, até o pé da barragem. No contato da saia do aterro da barragem com as ombreiras, também deve ser prevista a construção de uma canaleta de concreto, para captar águas provenientes do talude e das ombreiras (Gaito, 2003).

28 Para a preservação do bom estado do talude de jusante, deve ser evitada a plantação de árvores sobre eles, pois as raízes das mesmas, se as árvores morrerem, apodrecem e a abertura deixada por elas podem ser a causa de erosões internas, que podem causar a ruptura da barragem. São apresentadas nas Figuras IV.5.5 e IV.5.6, árvores nos taludes de jusante de pequenas barragens. Durante a fase de operação da barragem, periodicamente devem ser feitas vistorias ao talude de jusante, com o objetivo de sua preservação e observação de possíveis irregularidades na obra, com trinca nos taludes, afloramento de água, etc. Nestas vistorias deve-se observar também se animais como formigas, tatu, etc., estão se instalando no talude, pois, devido aos buracos que fazem, pode-se instalar um processo de erosão interna do maciço, com possibilidade de ruptura da barragem. Apresenta-se na Figura IV.5.7 um buraco de tatu no maciço de uma barragem. A construção de uma cerca é importante para impedir que o gado circule pelo talude de jusante da barragem, o que pode danificar a grama e também criar caminhos preferenciais de erosão. Também é importante, deixar um espaço livre no pé do talude, de maneira que seja possível a circulação de pessoas e de um veículo.

29 Figura IV.5.1- Proteção do talude de jusante com grama. Figura IV.5.2- Proteção do talude de jusante com enrocamento.

30 Figura IV.5.3- Erosão causada pelo escoamento de águas de chuva. Figura IV.5.4- Erosão causada pelo escoamento de águas de chuva.

31 Figura IV.5.5- Árvores no talude de jusante.

32 Figura IV.5.6- Árvores no talude de jusante. Figura IV.5.7- Buraco de tatu no maciço de uma barragem

33

34 GALGAMENTO DO TALUDE

35 INICIO DE EROSÃO NO TALUDE DE JUSANTE

36 LOCAL POR ONDE A ÁGUA PASSA SOBRE O MACIÇO

37 TERRAPLAN

38

39 Figura X Talude de jusante - Proteção com enrocamento

40 Figura X Talude de jusante - Proteção com enrocamento

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