Analide da barragem favelas

...

-

REVISÃO DA LITERATURA

Segundo Cruz (1996), o projeto de uma barragem deve atender ao princípio básico do controle de fluxo e o princípio da estabilidade. As lógicas aplicadas nas seções de montante e de jusante de uma barragem, considerando-se o seu eixo, são opostas. Na seção de montante, deve-se buscar o máximo de vedação, tanto do maciço como da fundação; na seção de jusante, deve-se facilitar o processo de drenagem do maciço e da fundação. Além disso, as zonas externas da barragem devem garantir a estabilidade da barragem para as várias situações da carga.

2.1 ESTABILIDADE DE TALUDES

De acordo com Braja M. Das (2011), talude é uma superfície de solo exposta que forma um ângulo com a superfície horizontal. É um plano de terreno inclinado que limita um aterro e tem como função garantir a estabilidade do aterro. Pode ser resultado de uma escavação ou de origem natural. É de responsabilidade dos engenheiros civis fazer a análise de estabilidade do talude e calcular o fator de segurança. Entende-se por fator de segurança a relação entre resistência ao cisalhamento disponível do sol para garantir o equilíbrio do corpo deslizante e a tensão cisalhante mobilizada sob os efeitos dos esforços atuantes.

Esse fator de segurança é influenciado por diversos fatores, como: erosão superficial, aumento do peso próprio (caso de chuvas que tornam o solo saturado), vibrações, aterros ou equipamentos colocados na superfície do talude, etc. Para evitar possíveis acidentes foram desenvolvidos vários métodos para executar a análise de estabilidade de talude, como os de Bishop e Fellenius.

Para encontrar esse fator, utilizaremos o método das fatias que é o método mais comum neste tipo de análise, pois pode ser aplicado em solos heterogêneos com diversas geometrias. A sequência geral é a seguinte: divisão do talude em fatia, após isso, realiza-se o equilíbrio de forças em cada fatia, assumindo-se as tensões normais na base da fatia sejam geradas pelo peso do solo contido em cada fatia, e, por fim, calcula-se o fator de segurança por meio de equações de equilíbrio de momentos em relação ao centro do círculo, considerando os pesos e as forças tangenciam na base da fatia. Para cálculo do fator de segurança, utilizaremos o método de Fellenius e o método de Bishoo simplificado.

-

MÉTODO DE FELLENIUS

No Método de Fellenius, considera-se que não há iteração entre as várias lamelas, ou seja, admite-se que as resultantes das forças laterais em cada lado da lamela são colineares e de igual magnitude, o que permite eliminar os efeitos dessas forças considerando o equilíbrio na direção normal a base da lamela.

A única iteração entre as lamelas advém da consideração da ruptura progressiva que sempre ocorre quando da ruptura de qualquer massa de solo. Este fato é considerado implicitamente nos parâmetros de resistência do solo, coesão e angulo e atrito.

A única que se segue, considera-se o caso mais genérico de talude com percolação de água. O valor da pressão neutra ao longo da superfície de ruptura é obtido traçando-se a rede de percolação. Em cada ponto desta superfície toma-se o valor da carga piezométrica, hw.

O momento resistente será:

[pic 6](Equação 1)

O equilíbrio na direção da lamela fornece:

[pic 7] (Equação 2)

O momento atuante será:

[pic 8] (Equação 3)

O fator de segurança pelo método de Fellenius resulta:

[pic 9] (Equação 4)

Havendo qualquer esforço externo ao talude, (uma sobrecarga ou berma no pé do talude, por exemplo), considera-se a sua interferência incluindo-o no somatório de momentos.

-

MÉTODO BISHOP SIMPLIFICADO

No caso do método de Bishop simplificado, o equilíbrio das forças é feito na direção vertical, como pode ser visto na Figura 5.

[pic 10]

Figura 5 – Lamela de Bishop (Massad, 2003)

Assim:

[pic 11](Equação 5)

Tendo em vista que:

[pic 12] (Equação 6)

O fator de segurança será dado por:

[pic 13] (Equação 7)

A expressão acima mostra que o fator de segurança obtido pelo método de Bishop simplificado é obtido por um processo iterativo: adota-se um fator de segurança F1, calculando-se um fator de segurança F2, que é comparado com F1, repetindo-se o processo até que a precisão seja obtida. Os problemas do método de Bishop simplificado são:

- Na região do pé do talude, o ângulo θ pode ser negativo e consequentemente N ́ também ou nulo. Neste caso recomenda-se considerar N’ igual a zero;

- Se F for menor do que 1, e se a pressão neutra for suficientemente grande, o denominador N pode se tornar negativo.

2.2 PERCOLAÇÃO

Percolação é um processo natural em barragens de terra, pelo fato do solo apresentar espaços vazios entre os grãos que permite a passagem de água. Além disso, é comum que os aterros sejam construídos sobre fundações altamente permeáveis, podendo causar vazão em intensidade e local que o aterro não consegue suportar. Ao projetar a estrutura, pode ser necessário o uso de técnicas de permeabilização e/ou impermeabilização.

Além disso, a presença da água dentro do aterro gera subpressões que afetam a sua estabilidade. Uma elevada vazão de saída pode diminuir a capacidade de armazenagem da barragem e também causar piping, erosão interna que forma espaços vazios como tubulações.

Para evitar essas situações, podem ser adicionados alguns elementos de drenagem a barragem que visa provocar o redirecionamento do fluxo e obter certo controle sobre seu comportamento, tais como: cortina de concreto, diafragma rígido, trincheiras de vedação e tapetes

...