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Análise da Estabilidade de um Talude de Escavação em Odemira

Stability Analysis of an Excavation Slope in Odemira

Lúcia Requetim(1); António Pinho(2) ;Isabel Duarte(3); Luís Lopes(4); Ana Valente(5)

(1) Câmara Municipal de Arraiolos, 7040 – Arraiolos; E-mail: luciarequetim@iol.pt

(2) Dep. de Geociências, Univ. de Évora; M.I.A. da FCT; E-mail: apinho@uevora.pt

(3) Dep. de Geociências, Univ. de Évora; M.I.A. da FCT; E-mail: iduarte@uevora.pt

(4) Dep. de Geociências, Univ. de Évora; C.G.E. da FCT; E-mail: lopes@uevora.pt

(5) Eng. Coord. e Gestão de Empreendimentos Lda; anaraquel.bvalente@gmail.com SUMÁRIO

É feita uma análise da estabilidade de um talude de escavação situado no km 103 da E.N. 120, em Odemira, onde se procura identificar as principais causas de instabilidade e salientar a influência das características litológicas e estruturais na estabilidade do maciço rochoso. No final apresentam-se recomendações geotécnicas para a estabilização do talude.

Palavras-chave: Estabilidade, talude de escavação, estrutura, descontinuidades, pelitos.

SUMMARY A stability analysis is made of an excavation slope located at E.N. 120 motorway in Odemira, in which are identified the main reasons for the slope instability and it is emphasized the influence of the lithological and structural characteristics on the stability of the rock slope. Geotechnical recommendations are made for the slope stabilization.

Key-words: Stability, excavation slope, structure, discontinuities, shales.

Introdução Os movimentos de terrenos são fenómenos frequentes podendo causar avultados danos materiais e numerosas vítimas. Estas consequências podem ser evitadas ou minimizadas com a realização de estudos sobre estabilidade dos taludes, os quais têm vindo a assumir uma importância crescente nas últimas décadas. O talude em estudo situa-se na Avenida Poole Da Costa, em Odemira (Baixo Alentejo), ao km 103 da E.N. 120, junto ao Rio Mira. A análise da estabilidade deste talude rochoso, no qual já ocorreram pequenos escorregamentos, reveste-se de grande importância pois a altura e a extensão elevadas do talude, assim como, o facto do talude estar confinado, por uma zona edificada no topo e na base por uma estrada (E.N. 120) com um tráfego intenso, fazem com que um possível movimento de terrenos que venha a ocorrer provoque danos materiais importantes e eventualmente, perdas de vida. O maciço rochoso que constitui o talude em estudo, pertence ao Grupo do Flysch do Baixo Alentejo,

nomeadamente, à formação de Mira que abrange em idade, todo o Namuriano. Esta formação ocupa uma vasta área, entre Santiago do Cacém a Nordeste, e Azinhal a Sudeste, apresentando características turbidíticas [1],, [2]. Na Zona Sul Portuguesa os terrenos foram deformados e metamorfizados durante a Orogenia Hercínica, no final do Paleozóico. A direcção geral das estruturas é NW-SE, com vergência para SW. Um dos traços fundamentais da estrutura da área em estudo é a presença de grandes fracturas, algumas profundas como indica a presença de doleritos na Falha da Messejana-Odemira. Trata-se de um desligamento tardi-hercínico, NE-SW, esquerdo, com rejeito horizontal de 2 a 3km; a família conjugada, N-S, direito, também está presente [3]. Contrariamente à orientação geral das estruturas meso e macroscópicas regionais hercínicas, NW-SE, na área em análise a orientação predominante é NE-SW, devido ao efeito de “arraste” induzido pela Falha da Messejana. O talude em estudo, é um talude de escavação, com uma altura média de 24m e um comprimento de

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104.9m. A face do talude apresenta uma direcção de N32ºW; 73ºSW e o seu topo de N32ºW; 65ºSW (Figura 1). O topo do talude, apresenta uma zona edificada e na sua base encontra-se a EN120, com um tráfego considerável. Entre esta estrada e o Rio Mira a SW, existe um talude de aproximadamente 9m de altura que já possui obras de contenção (gabiões e degraus de terra).

Fig.1: Aspecto geral do talude rochoso.

Trabalhos de Campo A estabilidade dos taludes de escavação em maciços rochosos é fundamentalmente condicionada pelas descontinuidades. Deste modo, o reconhecimento geológico de superfície, nomeadamente das características estruturais dos maciços, é fundamental para o estudo da estabilidade desses taludes. Com o objectivo de efectuar um zonamento geotécnico do maciço rochoso foi efectuado um reconhecimento de superfície, no qual se procedeu à recolha de dados litológicos e estruturais. Assim, efectuou-se uma divisão do maciço por sectores ao longo do talude, tendo os limites entre os vários sectores sido materializados pelos postes de iluminação pública existentes no local. O talude está coberto com vegetação, incluindo árvores e arbustos. Os xistos carbonosos negros (pelitos), com alguns filões de quartzo, constituem o substrato do talude, apresentando uma camada de cobertura com cerca de 15cm de espessura. Durante os trabalhos de campo e após a ocorrência de precipitação, verificou-se a queda de blocos ao longo de todo o talude, alguns de dimensões consideráveis. Foi efectuado o levantamento das descontinuidades do maciço, nomeadamente, a compartimentação principal, as estruturas individuais significativas e a fracturação aleatória (Tabela 1). É importante referir que o reconhecimento de superfície evidenciou que o número de fracturas por metro é superior a 20, ou seja, o maciço rochoso apresenta-se extremamente fracturado. No levantamento e estudo estatístico das descontinuidades foram analisadas tanto as

características geométricas como também as suas propriedades físicas. Em regra, a meteorização é notória em todo o maciço rochoso, sendo mais evidente junto às descontinuidades. Nas caixas de falha, o maciço é bastante friável, comportando-se como um solo. O estado de alteração do maciço rochoso é heterogéneo, variando entre o estado pouco alterado (W2) e o estado muito alterado (W4), de acordo com a classificação proposta pela Sociedade Internacional de Mecânica das Rochas [4]. Tab.1: Compartimentação principal e estruturas individuais significativas, mais frequentes, que ocorrem em cada sector.

Compartimentação

principal (Famílias)

Estruturas individuais

significativas (Falhas)

N42ºE; 90º Sector 1

N43ºW; 90º N30ºE; 36ºSE

N62ºE; 75ºNW

N44ºE; 25ºSE Sector 2

N60ºW; 82ºSW

N40ºW; 20ºNE N44ºW; 50ºNE

N48ºW; 44ºNE

N66ºE; 82ºNW Sector 3

N48ºW; 76ºSW

N30ºW; 20ºNE N38ºE; 70ºSE

N56ºE; 69ºNW

N86ºW; 62ºNE Sector 4

N70ºW; 82ºSW

NS; 28SE

N73ºE; 70ºNW Sector 5

N72ºW; 84ºSW NS; 28SE

N68ºE; 78ºNW Sector 6

N60ºW; 85ºSW Não ocorrem

falhas

Ensaios Laboratoriais Foi efectuada a caracterização física do xisto carbonoso (pelito) que constitui o material rochoso predominante no talude em estudo, tendo sido obtidos, para a amostra colhida que se encontrava num estado pouco alterado, os valores de: 1,64% para o teor em água; 2552 kg/m3 para a massa volúmica aparente; 7.98% para a porosidade aparente; 0,75% para o índice de vazios; 98,7% para o índice desgaste em meio aquoso (“Slake-durability”). Verificou-se ainda que o desgaste em meio aquoso da amostra, no tempo, é aproximadamente constante para os seis ciclos de desgaste efectuados, perdendo 3g por ciclo. Os resultados obtidos para os parâmetros físicos determinados, corroboram os resultados encontrados

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na bibliografia, para estes materiais rochosos no estado são a pouco alterado [5]. Análise de Estabilidade O tratamento dos dados estruturais recolhidos no campo foi realizado com o auxílio da projecção estereográfica dos pólos dos planos de descontinuidade observados, de modo a obter diagramas de curvas de igual densidade de pólos. Com base nestes diagramas de densidade de pólos foi determinada a atitude das principais famílias de descontinuidades em cada sector (Tabela 1). Os vários tipos de rotura que podem ocorrer num talude estão associados a diferentes combinações de descontinuidades. A análise de estabilidade do talude foi efectuada recorrendo ao método de Markland [6]. Este método avalia a possibilidade de ocorrer rotura por cunha, ao longo da linha de intersecção de duas descontinuidades planares, caso a inclinação da linha de intersecção (ϕi) seja menor que a inclinação da face do talude (ϕf), medida segundo a linha de intersecção (αi), e por sua vez maior que o ângulo de atrito interno ((φφ)). O método abrange ainda, a rotura planar devido a esta se tratar de um caso particular da rotura por cunha. A aplicação deste método permitiu concluir o seguinte: i. No sector 1, verifica-se essencialmente queda de

blocos; ii. No sector 2 foi identificada através da projecção

estereográfica uma possível rotura por cunha, tendo sido o seu plano de queda identificado no campo (114º;48º);

iii. No sector 3, após a análise de estabilidade, foram obtidas cerca de 28 possíveis roturas por cunha. Este número bastante elevado de roturas, resultou da reduzida amostragem realizada, a qual confere uma importância sobrelevada a cada um dos dados recolhidos;

iv. Da análise do talude no campo, verifica-se uma continuidade de estruturas nos sectores 4, 5 e 6, o que remete para uma análise conjunta. Nestes sectores foi verificado um controle estrutural pelos “Kinks”, ou seja, pelas fracturas associadas ao dobramento, o que conjugado com a natureza litológica, induz uma acentuada fracturação do maciço. Foi observada a existência de um plano de possível rotura, (160º;40º) o que está próximo dos dados obtidos através da projecção (159º;28º);

v. Sendo os planos de xistosidade muito frequentes e susceptíveis de originar roturas, é importante salientar a possibilidade de ocorrência de escorregamentos ao longo dos planos (N58ºE; 28ºSE).

O método de Markland serve apenas para avaliar o tipo de rotura num talude, existindo a necessidade de se efectuar uma análise detalhada de modo a verificar o factor de segurança (F), recorrendo a um método de equilíbrio limite.

Tab.2: Resultados do método de Markland. Método de Markland

Planos ϕf>ϕi>φ |αi-αf│≤25o

Sect

or 2

114º;48º 73º>48º>25º │114º-148º│=34o

Pote

ncia

lmen

te

Inst

ável

Sect

or 4

, 5 e

6

159º;28º 73º>40º>25º │160º-148º│≤25o

Inst

ável

Os factores de segurança foram obtidos pelo método de Hoek & Bray [6], baseado no método da geometria da cunha, o qual admite apenas a existência de atrito. Deste modo, o ângulo de atrito considerado na análise de estabilidade foi obtido com base nos resultados obtidos em ensaios de deslizamento realizados em materiais similares aos que ocorrem no local [6], pelo facto de não ser possível a recolha de amostras, devido à dificuldade de acesso ao maciço rochoso que constitui o talude. Pelo facto de se tratar de um talude permanente, o valor mínimo aconselhável para o factor de segurança é 2,0 correspondendo neste caso o valor de 1,5 à situação de equilíbrio limite. Deste modo, os factores de segurança calculados evidenciam situações de instabilidade no talude (Tabela 3). Tab.3: Resumo dos tipos de rotura observados nos vários sectores e valores dos respectivos factores de segurança.

Método de Markland Tipo de Rotura Factor de

Segurança

Sector 1

── Ocorre queda de blocos ──

Sector 2

Potencialmente Instável

Rotura por cunha (114º;48º) F=1,24

Sector 3 ── Ocorre queda de

blocos ──

Sector 4, 5 e 6 Instável Rotura por

cunha (160º;40º) F=1,34

Medidas de estabilização. Recomendações geotécnicas A estabilização dos taludes rochosos pode ser dividida em dois grupos de técnicas: i) as técnicas que tentam fixar blocos soltos, evitando a sua queda; ii) as que não previnem a queda dos blocos, mas que tentam evitar que a queda desses atinja estruturas permanentes ou estradas. A selecção das técnicas de estabilização depende de diversos factores, tais como; risco, características do talude, numero e dimensão dos blocos de rocha, grau de alteração do maciço rochoso, declive do talude, entre outras. O facto do talude em estudo ter grandes

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limitações físicas, exclui à partida algumas soluções de estabilização. Em seguida, tecem-se alguns comentários e propõem-se algumas recomendações geotécnicas com o objectivo de estabilizar o talude em estudo. i. Qualquer alteração na geometria do talude está

inviabilizada devido à urbanização local. ii. Após a análise dos dados obtidos e compilados

verifica-se que pelas dimensões dos blocos obtidos não é possível efectuar qualquer tipo de estabilização pontual. Deste modo, as soluções a preconizar devem passar por uma estabilização mais ampla.

iii. Recomenda-se a regularização da face do talude, eliminando os blocos de rocha salientes. No entanto, deve-se ter sempre presente que esta operação expõe novas superfícies à erosão externa, o que poderá provocar uma aceleração no recuo do talude aproximando de forma mais rápida a face do talude da zona edificada.

iv. De modo a conferir uma maior resistência ao talude propõe-se a realização de pequenos muros de enrocamento argamassado, nas zonas de rotura por cunha (sector 2, 4, 5 e 6), utilizando enrocamento xistoso de modo a reduzir o impacto visual.

v. Uma vez que ocorre queda de blocos ao longo de todo o talude é recomendada a utilização de rede de protecção de média resistência grampeada ao talude de 3 em 3 m, de forma a prevenir a queda de blocos.

Considerações finais O presente trabalho teve como objectivo dar uma contribuição para o estudo de estabilidade do talude rochoso da E.N. 120 (km 103), em Odemira. Para a prossecução do objectivo foi efectuado um reconhecimento geológico de superfície no qual foram analisados vários aspectos tais como a litologia, o grau de fracturação e estado de alteração do maciço rochoso, assim como, as propriedades geométricas e físicas das descontinuidades. A avaliação dos tipos de rotura mais prováveis no talude em estudo foi feita recorrendo ao método de Markland. Após a aplicação deste método às famílias mais frequentes, obtiveram-se várias possibilidades de rotura por cunha. Devido ao facto destas roturas não terem sido confirmadas no terreno pode-se concluir que as famílias mais frequentes não são as que mais condicionam as superfícies de rotura. Por este motivo, considerando todas as famílias de descontinuidades observadas no talude, verificou-se: i. no sector 1 a ocorrência de queda de blocos; ii. no sector 2 a existência de um plano de rotura

potencialmente instável (114º;48º); iii. no sector 3 a ocorrência de queda de blocos de

dimensão reduzida; iv. no sector 4, 5, e 6 a ocorrência de rotura por

cunha com atitude média (160º;40º);

v. a possibilidade de ocorrência de escorregamentos ao longo dos planos de xistosidade (N58ºE; 28ºSE).

A análise de estabilidade efectuada pelo método de Hoek & Bray permitiu obter factores de segurança de 1,24 para a rotura por cunha do sector 2 (114º;48º) e de 1,34 para a rotura por cunha do sector 4, 5, e 6 (160º; 40º). Os factores de segurança obtidos apontam para situações de instabilidade no talude. O estudo permitiu tecer algumas recomendações para a estabilização do talude em análise, tais como: a. a regularização da face do talude, eliminando os

blocos de rocha salientes; b. a execução de muros de enrocamento

argamassado; c. a inclusão de rede de protecção; d. a implantação de valas de crista de talude. Taludes como o estudado no presente trabalho que evidenciam fenómenos de instabilidade e estejam localizados em áreas urbanas, constituem um grave risco para a comunidade pelo que devem ser objecto de estudo geológicos e geotecnicos de forma a minimizar os danos materiais e sobretudo perdas de vida.

Referências Bibliográficas [1] Oliveira J.T.; Horn, M. & Paproth, E. (1979) – Preliminary note on the stratigraphy of the Baixo Alentejo Flysch Group, Carboniferous of Portugal, and on the palaeogeographic development compared to corresponding units in northwest Germany. Comunicações dos Serviços Geológicos de Portugal, 65, pp. 151-168. [2] Oliveira, J.T (1983) – The marine Carboniferous of South Portugal: a stratigraphic and sedimentological approach. In: Sousa, M. J. L. & Oliveira, J.T. (editors), The Carboniferous of Portugal. Memórias dos Serviços Geológicos de Portugal 29, pp. 3-37. [3] Ribeiro, A. & Silva, J.B. (1983) – Structure of the South Portuguese Zone. In: Sousa, M. J. L. & Oliveira, J.T. (editors), The Carboniferous of Portugal. Memórias dos Serviços Geológicos de Portugal 29, pp. 83-89. [4] ISRM (1981) – Basic geotechnical description of rock masses. Int. Society of Rock Mechanics, Commission on the Classification of Rocks and Rock Masses. Int. J. Rock Mechanics Min. Sci. Geomech. Abstr., Vol.18, pp. 85-110. [5] Pinho, A.; Rodrigues-Carvalho, J. & Gomes, C. (2004) – Ensaios físicos na avaliação do estado de alteração das rochas. 9º Congresso Nacional de Geotecnia, Aveiro, Vol. 1, pp. 199-208. [6] Hoek, E. & Bray, J.W. (1981) – Rock Slope Engineering (3ªed.), Institution of Mining Metallurgy, London, 358pp. [7] Pinho, A. B. (2003) – Caracterização geotécnica de maciços rochosos de baixa resistência. O Flysch do Baixo Alentejo. Tese de Doutoramento. Dep. De Geociências, Univ. de Évora, Évora, 272pp.