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AVALIAcAO DA ESTABILIDADE DAS ENCOSTAS DORESERVATORIO DA UHE MIRANDA
Jose Carlos Virgili
Antonio Carlos Magalhaes
ESC Consultoria e Engenharia Ltda.Rua Gonsalves Dias, 3.172 - 3° andar
CEP.: 30.140-093 - Belo Horizonte - MGE Mail: [email protected]
RESUMO
O reservatorio da UHE Miranda e circundado por encostas basalticas (principalmente) e
gnaissicas . Estas encostas tem declividade media de 30° e maxima de 50-60°. Estao
recobertas quase que totalmente por coluvios basalticos argilosos, pouco susceptiveis a
erosao. Analises de estabilidade feita para estas encostas , para verificar o seu comportamento
quando da implantacao do reservatorio , considerando todos os aspectos pertinentes
(geologicos, geotecnicos , geomorfologicos , pedologicos , use e ocupacao do solo.
instabilidades ja instaladas , deplecao do reservatorio ), mostraram que as encostas sao estaveis,
nao devendo apresentar processos de ruptura relevantes apos o inicio de operarao da
hidreletrica . Esse projeto integra o Plano de Controle Ambiental - PCA, apresentado pela
CEMIG e aprovado pelo Conselho Estadual de Politica Ambiental - COPAM, dentro do
processo de licenciamento ambiental em curso nesse orgao.
I - INTRODU4AO
O trabalho apresenta resumidamente os estudos efetuados e resultados obtidos para a
avaliacao dos processos erosivos e da estabilidade das encostas, nas areas do entorno do
reservatorio da UHE Miranda. apos a implantacao do lago.
Os servicos foram coordenados pela IESA - Internacional de Engenharia S.A. e
desenvolvidos . no periodo de novembro de 1995 a marco de 1996, em parceria com a ESC
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Consultoria e Engenharia Ltda. em estreita interacao corn a equipe tecnica da CEMIG.
responsavel pelos estudos e projetos ambientais.
2 - ALGUNS DADOS DO EMPREENDIMENTO
A UHE Miranda , pertencente a CEMIG - COMPANHIA ENERGETICA DE MINAS
GERAIS, e atualmente em final de construcao, esta localizada no rio Araguari, sudoeste do
Estado de Minas Gerais, ocupando areas dos municipios de Uberlandia , Uberaba, Indianopolis
e Nova Ponte . fazendo parte de um conjunto de empreendimentos , formados pelas UHE's de
Nova Ponte ( em operacao ) a montante e Capim Branco (a construir) a jusante (Figura 1).
O reservatorio sera formado por uma barragem de terra e enrocamento, corn uma crista de
1.050 m de comprimento, situada a cota 699 m e com 79 m de altura maxima, cobrindo uma
area de 50 km2 no seu nivel d'agua maximo normal, num comprimento aproximado de 85 km.
Com a operacao da UHE Miranda o nivel de agua do reservatorio tera oscilacoes ao longo do
ano. caracterizando uma faixa de deplecao, tendo como limites os seguintes niveis: N.A.
minimo normal = 693,00 m; N.A. maximo normal = 696,00 m. Em valores aproximados o
N.A. do reservatorio estara acima da cota 693,00 m em 100% do tempo, em 50% do tempo
estara acima da cota 695,7 m e em 93% do tempo estara acima da cota 694,5 m. 0
reservatorio tera uma faixa de deplecao de 3,0 m, oscilando, na maior pane do ano, entre as
cotas 694.5 m e 696,0 m. A velocidade de deplecao sera baixa, da ordem de 20 - 30 cm/mes.
3 - NIETODOLOGIA
3.1 - Fases de Estudo
Para o desenvolvimento dos estudos adotou-se a seguintes sequencia de estudos: definicao da
area de estudo, situada aproximadamente entre a cota 693,0 m (reservatorio) e 800,0 m;
levantamento e consulta a bibliografia e cartografia existente; fotointerpretacao geolbgica e
geomorfologica preliminar para identificacao dos dominios geologicos, geotecnicos e
geomorfologicos dos locais ja impactados ou susceptiveis a fenomenos erosivos, a
escorregamentos de encostas e a erosao por embates de ondas de origem eolica; cadastramento
de formas de use e ocupacao dos solos; levantamentos inicial de campo visando aferir a
totointerpretacao executada, formular preliminarmente os modelos de interesse, orientar uma
126 XXII Seminbrio Nacionai de Grandes Barragens
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nova Ease do detalhamento da fotointerpretacao, identificar e caracterizar preliminarmente as
feicoes erosivos e de instabilidade de encostas; fotointerpretacao conclusiva visando a
consolidacao dos dominios e modelos, identificacao dos locais portadores de erosao, selecao
de encostas passiveis de ocorrencia de escorregamentos. A pre-selecao de encostas para
estudo mais detalhado de campo foi feita a partir de suas declividades. Foram selecionadas
para estes estudos aquelas corn declividades superiores a 25° num total de 45; levantamento
conclusivo de campo visando o detalhamento dos aspectos geologicos, geotecnicos,
geomorfologicos, pedologicos, de use e ocupacao do solo; caracterizagdo detalhada dos focos
erosivos e das encostas passiveis de escorregamentos, quanto as suas causas, previsao de
evolucao e criticidade; consolidacao dos modelos geologico, geotecnico, geomorfologico e
pedologico; elaboracao de mapas tematicos; analise de estabilidade das encostas; elaboracao
de mapas com as areas de risco quanto a escorregamento de encostas e solapamento por
embate de onda, com graduacao de criticidade, areas portadoras de erosao.
3.2 - Caracterizacao da Area
• Geologia e Geotecnia
A area e constituida basicamente por basaltos que constituern a unidade geologica mais
importante para os estudos. Gnaisses ocorrem localizadamente na porcao jusante do
reservatorio. nas proximidades da barragem, e tambem na porcao montante, proximo a UHE
Nova Ponte. A unidade basaltica e composta por quatro derrames, quase sempre intercalados
por camadas centimetricas a metricas de arenito silicificado. A1em do arenito, observa-se entre
os derrames ocorrenci.as de basalto amigdoloidal, quase sempre mais intemperizado que os
outros niveis basalticos. A diversidade de derrames associados aos basaltos confere ao relevo
o aspecto escalonado, estando as areas planas no contato entre os derrames, e as escarpas ou
encostas de major declividade, desenvolvidas num tinico derrame. A area dos entornos do
reservatorio encontra-se praticamente toda recoberta por solos coluvionares argilosos. de
proveniencia basaltica, que estao assentados sobre solo residual, saprolito, substrato rochoso
basaltico (predominante) ou gnaissico. Estes solos estao descritos resumidamente a seguir. Os
parametros de resistencia (coesao e angulo de atrito) e peso especifico associados foram
estimados a partir de bibliografia, principalmente do projeto da UHE Nova Ponte, e tambem
com base na experieneia tecnica da equipe que desenvolveu os estudos, adquirida em
XX/I Sentintirio Naeional de GrandesBarragens 127
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trabalhos realizados em macicos semelhantes. Os valores utilizados foram adotados
considerando-se tambem a escala do estudo em questao, ou seja, encostas com pequenas
espessuras de solo, cujos valores de SPT sao inferiores a 10 golpes.
- solos aluvionares : sao restritos no dominio do reservatorio em estudo. Os depositos ativos
ocorrem no leito do rio Araguari , atualmente sendo explorados como material de
construFao em diversos pontos do trecho estudado; sAo, neste caso , bastante arenosos.
Ocorrem ainda os terracos aluvionares antigos , compostos por areias, argilas e siltes, na
forma de platos pouco extensos , alcados logo acima do leito do rio. Todos os aluvioes
serao totalmente inundados pelo reservatorio.
- solos coluvionares : sao os solos mais importantes para o estudo em questao; recobrem
praticamente toda a area de interesse ; tern proveniencia basaltica e constituicao argilo-
arenosa ou argilo-siltosa, com presenca, em alguns locais, de fragmentos de rocha de
diferentes dimensoes (diametro maximo de 30 cm ) e estagios de decomposicao; sua
espessura varia em geral de 4 m nas encostas mais suaves a poucos centi : metros nas
encostas mais ingremes ; cor marrom avermelhada; coesao de 2,0 tf/m2, angulo de atrito de
25° e peso especifico de 1,6 tf/m3. Quando no dominio dos gnaisses , o horizonte
coluvionar , tambem de proveniencia basaltica, mas com alguma influencia de fonte
gnaissica . tem constituicao predominante argilo-arenosa e os parametros de resistencia c
indice fisico sao: coesao de 2,0 tf/m2 , angulo de atrito de 27° e peso especifico de 1,6
tf/m3. Em ambos os casos estes solos tern Como caracteristica geotecnica marcante,
principalmente para o estudo em questao , a sua baixa susceptibilidade a erosao.
solo residual maduro de basalto: aparece abaixo do coluvio e e muito semelhante a este, a
excecao da presenca de fragmentos de rocha imersos na matriz argilosa . Na maior parte
dos casos a muito dificil a distincao entre estes dois tipos de solo. Para efeito da estimativa
de espessura , considerou - se este horizonte de solo residual como parte do horizonte de
coluvio, isto e , as espessuras estimadas para este ultimo englobam os dois horizontes. Tern
coesao de 2,0 tf/m2, angulo de atrito de 2 5° e peso especifico de 1,7 tf/m3. A semelhanca
do horizonte coluvionar . a muito pouco susceptive ] a erosao.
solo residual jovem de basalto : aparece abaixo do horizonte constituido pelo coluvio/solo
residual maduro de basalto . Em muitos locais, principalmente naqueles de topografia mais
ingreme . este solo praticamente nao aparece. ou tern espessura muito pequena, com o
coluvio/solo residual maduro estando assentado diretamente sobre o macro rochoso. Nits
/28 XX/l Semindrio Nacional de Grandes Barragens
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encostas mais suaves, inferiores a 30°, sua espessura a de cerca de 2 m. Tern constituigao
argilo-siltosa a areno-argilosa (areia fina), cor vermelho arroxeado/amarelado, coesao de
1.5 tf?m , angulo de atrito de 30° e peso especifico de 1,7 tf/m3. E medianamente a pouco
susceptive] a erosao.
solo residual maduro de gnaisse: como no caso do solo residual de basalto, este horizonte
e muito semelhante ao coluvio, sendo dificil a distingao entre os mesmos. Sao, no entanto,
mais espessos, devido ao dominio dos gnaisses ser caracterizado por uma maior tendencia
a decomposigao do que os basaltos. Tern coesao de 0,5 tf/m`, angulo de atrito de 29° e
peso especifico de 1,7 tf/m3. E muito pouco susceptivel a erosao.
solo residual jovem de gnaisse: nao foram considerados no estudo, apesar de serem muito
susceptiveis a erosao. Aparecem no entanto em encostas suaves e recobertos por grandes
espessuras de solos argilosos (coluvios e/ou solos residuals maduros de basalto ou
<gnaisse), que impedem a sua exposigao.
talus: no dominio dos basaltos podem ocorrer alguns raros depositos de talus. Sao pouco
espessos (1 a 2 m) e com blocos pequenos (diametro de ate 30 cm).
No dominio dos basaltos , principalmente nas encostas mais suaves , o contato do solo residual
com o macigo rochoso e transicional . Entre estes dois horizontes aparece um saprolito
constituido por uma mistura de solo com blocos de rocha medianamente a muito decomposta.
Abaixo deste aparece o macigo rochoso, com sua pane superior muito ou medianamente
alterada e muito fraturada. Sao frequentes , principalmente nas encostas corn declividade maior
que 40-45°, os afloramentos de rocha sem nenhuma cobertura ou entao sob delgada camada
de coluvio ( no maximo 50 cm). Em muitos casos esta rocha , quando muito decomposta e
fraturada apresenta processo de esfoliagao esferoidal de blocos.
As espessuras dos solos sao variaveis , dependendo da declividade da encosta e de sua origem.
As encostas menos ingremes apresentam maiores espessuras de coluvio e de solo residual. 0
dominio gnaissico e caracterizado por uma maior tendencia a decomposigao que os basaltos e
o seu horizonte de solo residual normalmente e mail espesso e suas encostas bastante suaves,
com declividades inferiores a 25°.
Para efeito das analises e de acordo com as observagoes de campo estabeleceu-se uma
correlagao aproximada e conservadora , para efeito de estabilidade , entre a declividade das
encostas e espessuras dos solos, conforme apresentado adiante no item 3.4.1.
.\"\7l Semin4rio Nacional de Grandes Barragens 129
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As areas de gnaisse, por terem uma declividade media muito baixa, na faixa de proximidade
as bordas do reservatorio, nao sao propensas ao fenomeno de escorregamento e nao foram
consideradas para analises deste tipo de fenomeno de instabilidade.
A maior espessura do pacote de solo estudado refere-se ao coluvio/solo residual maduro. A
espessura de solo residual jovem raramente ultrapassa 2 m. o mesmo acontecendo com a
espessura de saprolito.
• Geomorfologia
Na area de interesse a unidade geomorfologica de maior significado frente a implantacao do
futuro reservatorio e a de vertentes convexas e patamares estruturais . Sao zonas de encostas
convexas ingremes e patamares estruturais escalonados evoluidos durante o Quaternario sobre
rochas basalticas cretaceas , predominantemente recobertas por decomposicoes argilosas "in
situ". pouco espessas, corn afloramentos rochosos e rampas de coluvio argilosos.
• Pedologia
Predominam na area do estudo os solos corn horizonte B textural, ou seja, terra roxa, e
podzolicos. seguidos dos latossolos e cambissolos. Os solos com horizonte B textural
apresentam como principal caracteristica um incremento do teor de argila do horizonte A para
o B. A argila transloca-se do horizonte A, depositando-se nas superficies das estruturas
(agregados) do horizonte B, formando a cerosidade. Esta caracteristica dificulta a infiltracao
da agua favorecendo o processo de erosao da camada aravel (30 cm). A diferenca neste caso
entre a terra roxa e os podzolicos a devida ao material de origem, o primeiro a originario do
basalto e o seguindo a relacionado com as rochas do embasamento (gnaisse).
• Uso e ocupacao do solo
Predominam na area as ocupacoes por pasto e pasto sujo (88%), seguidas por mata/capoeira.
As areas cultivadas ou ocupadas por reflorestamento significam apenas 3% da area do entorno
do reservatorio.
• \'entos e ondas
A principal direcao dos ventos tem azimute 225°, com velocidade media de 13 km/h e
mLixima de 80 km/h. Este posicionamento medios dos ventos indica que podera ocorrer
/.?(I XXII Seminario Nacional de Grandes Barragens
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formaFao de ondas direcionadas de nordeste para sudoeste. Os ventos de nordeste sao
aproximadamente perpendiculares ao cixo de major alongamento do reservatorio, indicando
que em locais onde o lago encontre-se encaixado, a acao dos ventos na formacao de ondas
sera bern reduzida devido ao bloqueio topografico do confinamento do reservatorio. 0
direcionamento dos ventos para o azimute 225° podera gerar ondas que afetarao mais
efetivamente a margem esquerda do reservatorio (Figura 1). Para calculo das dimensoes das
ondas foram selecionadas duas encostas, mapeadas como tendo possibilidade de
escorregamento e, situadas frontalmente a direcao dos ventos dominantes. Uma das areas tem
uma grande extensao de reservatorio defronte ela e foi considerada , a princIpio. como mais
crjtica em termos de formacao de ondas e a outra, com pequena extensao de reservatorio
frontal. como pouco critica. Os valores maximos de altura de ondas obtidos foram de 1.76 m
para a primeira encosta e de 0,70 m para a segunda.
3.3 - Indjcios de Instabilidade
A Area de Entorno do reservatorio a caracterizada pela ocorrencia de sulcos e ravinas, ao
longo de parte de sua extensao. Associada quase sempre as encostas recobertas por rampas de
coluvio argilo-arenosos ou argilo-siltosos de origem basaltica , utilizadas para pastagens, a
erosao ocorre mais comumente em locais com declividades que variam entre 15 e 30°. A
origem do processo erosivo esta associada, inicialmente, ao desmatamento e use intensive da
area por pastagens. que. com o pisoteio. favorece o processo de rastejamento do solo. 0 solo
desprotegido e saturado e movimenta-se muito lentamente encosta abaixo. 0 rastejo ocorre
preferencialmente em segmentos suavemente concavos das encostas, onde se concentra o
escoamento pluvial. A saturacao do pacote de coluvio / solo residual maduro, principal
causador do rastejo. tem como superficie de base a rocha subjacente, mais impermeavel. Os
rastejamentos sao acompanhados por abatimentos do solo, estando quase sempre
desenvolvidos em sequencias lineares de alta a baixa encosta. As trincas geradas por estes
processor fztvorecem a concentracao da agua das chuvas e o injcio dos sulcamentos, que
podem evoluir para ravinas. Nao verificou-se no campo, na area de interesse ou proximo dela.
nenhum escorregamento de qualquer porte, mesmo em locais ja afetados por awes antropicas
(estradas. culturas. etc.).
X.\71 Seminririo N'acionalde Grandes Barragens 131
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3.4 - Analises de Estabilidade
3.4.1 - Premissas basicas
Para a execucao das analises foram adotadas as seguintes premissas:
• Declividade das encostas x espessura de solo: de acordo corn o observado no campo e
apresentado anteriormente adotou-se, simplificadarnente e conservadoramente a relacao
apresentada na Tabela 1.
TABELA1
DECLIVIDADE DAS ENCOSTAS x ESPESSURA DE SOLO
DECLIVIDADE (°)ESPESSURA MEDIA DE SOLO (m)
Maximo Minimo
30 20 5
40 30 3
50 40 1
- 50 0,5
• Tipo e caracteristicas do solo : para a elaboracao das analises de estabilidade considerou-
se. conservadoramente , que todo o horizonte de solo a constituido por coluvio/solo
residual maduro . Este tipo de solo, tern resistencia global ao cisalhamento inferior a do
solo residual j ovem e/ou saprolito subjacente.
• Altura do escorregamento : considerou - se que a altura maxima de urn eventual
escorregamento seria de 10 m. De urn modo geral , a partir desta altura, o relevo torna-se
ingreme devido a presenca das escarpas basalticas , corn a rocha estando praticamente
aflorante.
• Fator de seguranca : o fator de seguranca usualmente considerado como minimo aceitavel
para encostas como as do reservatorio da UHE Miranda (pequenas alturas susceptiveis a
escorre(,amentos , baixa espessura de solo. inexistencia de sinais previos de instabilidade.
132 XXII Semindrio Nacional de Grandes Barragens
I
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reservatorio estreito e com baixa deplerao, talude de pequena responsabilidade, ou seja,
cuja ruptura nao acarretara grandes danos) e de 1,1.
• Modelos de Analise: em funcao do modelo geotecnico determinado para as encostas do
reservatorio (taludes com altura sujeita a instabilizacoes de cerca de 10 m, apresentando
horizonte superficial de coli vio/solo residual maduro, sobreposto a material mais
resistente), pode-se classificar os potenciais mecanismos de ruptura como caracteristicas
de escorregamentos translacionais de solo.
• Metodos de Analise: o metodo de analise de Janbu para analise de estabilidade de
superficies nao circulares planares e adequado para o caso em questao, permitindo ainda
avaliar a sensibilidadc do coeficiente de seguranca das encostas a diferentes situacoes de
nfveis freaticos e, consequentemente, de poropressoes no interior do macigo.
• Parametros para analise: foram considerados nas analises os parametros de resistencia e
indices fisicos abaixo apresentados, e discutidos anteriormente.
coesao: 2,0 Kgf/m`
angulo de atrito:25°
condicoes de saturacao:
total, correspondendo ao abaco 5 de Hoek e Bray
parcial com o nfvel freatico interceptando o talude a 1/3 da altura (abaco 3 - Hoek
e Bray)
parcial, com o nfvel freatico interceptando o talude no pe (abaco 2 - Hoek e Bray)
3.4.2 - Resultados Obtidos
Os resultados obtidos das analises de estabilidade das encostas estao apresentados na
I ahela
.V.V// Se,ninririo Naeional de Grander Barragens 133
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TABELA2RESULTADOS DAS ANALISES DE ESTABILIDADE
SITUACAO DE ANALISE FATOR DE SEGURANCA
ALTURA TALUDE (m) ANGULOTALUDE (°) ESPESSURA SOLO (m) COND .SATURACAO METODO
JANBU
(1) 1,24
30° (2) 1,69
(3) 1,87
5,00 (I) 1,83
20° (2) 2,39
(3) 2.63
(1) 1,10
40° (2) 1,50
(3) 1,63
3,00 (1) 1,43
10,00 30° (2) 1,73
(3) 2,04
(I) 1.55
50° (2) 2,02
(3) 2,10
1,00 (1) 2,04
400 (2) 2,43
(3) 2,56
(1) 3,00
50° 0,50 (2) 3.39
(3) 3,48
Lc,,enda:
(1) Total (abaco 5 - Hoek e Bray).
( 2) Parcial com o nivel freatico interceptando o talude a 1 /3 da altura (abaco 3 - Hoek e Bray).
(3) Parcial com a freatica interceptando o talude no pd (abaco 2 - Hoek e Bray).
4 - AVALIAcAO DE RISCO
Com base nas observacoes de campo, nos resultados das analises de estabilidade efetuadas e
na experiencia da equipe tecnica foi criada uma escala de criticidade da estabilidade das
encostas. considerando-se os diferentes fatores intervenientes, visando obter a percepcao da
potencialidade da ocorrencia de rupturas.
134 X // Seminbrio Nacional tie Grandes Barragens
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Alto risco:
muitos sinais de rastejo e erosao em toda a encosta ; declividade em torno de 30-40°; espessura
de solo de 3 a 5 m: fator de seguranca inferior a 1,1; volume mobilizado grande , em caso de
escorregamento : encosta sujeita a solapamento basal causado por ondas formadas pelo vento:
vegetacao tipo pasto.
Baixo risco:
pouco ou nenhum sinal de rastejo: declividade inferior a 30° ou superior a 50°; espessura de
solo inferior a 3 m; fator de seguranca superior a 1,1; volume mobilizado pequeno em caso de
escorregamento; encosta pouco sujeita a solaparnento basal causado por ondas; formadas pelo
vento; vegetacao mais densa (mata , capoeira).
Considerou-se como de medio risco situacoes intermediarias entre as duas apresentadas
acima.
De acordo com este criterio apenas 9 encostas foram consideradas como de medio risco e o
restante de baixo risco. 0 fator preponderante pars a classificacao das primeiras foi o embate
de ondas.
5-CONCLUSOES
Das observacoes de campo efetuadas e dos resultados obtidos das analises de estabilidade
pode-se concluir em relacao a avaliacao de risco que: a probabilidade de ocorrencia de
rupturas nas encostas marginais ao reservatorio a muito pequena. Mesmo considerando-se
uma situa4ao conservadora em termos de seguranca , como aquela de declividade superior a
30°. espessura de solo de aproximadamente 5 m e saturacao total da massa eventualmente
propensa a escorregamento , o fator de seguranrca e superior a 13. Os solos que capeiam as
encostas. nas proximidades da linha do reservatorio sao muito pouco susceptiveis a erosao.
Deste modo. mesmo com a ocorrencia de ondas formadas pelo vento , o eventual solapamento
do pe das encostas sera minimizado pela caracteristica de resistencia do solo a este fenomeno.
Caso eventualmente venha a ocorrer alguma ruptura , esta mobilizara um volume pequeno de
material pots a espessura maxima na area de solo na area de interesse e de aproximadamente 5
I'll.
.C:\71 Semindrio Nacional de Grandes Barragens 135
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6 - 13113LI OGRAFIA
CEMIG. UHE Nova Ponte/Estudo sobre direcao dos ventos em Nova Ponte . s.1.,1995.
CEMIG/DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL DE GERAccAO. Rio Araguari/
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136 XXII Seminario Nacional de Grandes Barragens
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LEGENDA
0 CIDADE
DISTRITO
RODOVIA (FEDERAL.ESTADUAL)
BARRAGEM
LIMITE DA AREA DE INFLUENCIA
DRENAGEM
REFERENCIA - MAPA GEOGRAF(CO DOESTADO DE MINAS GERAIS - 1980- 10 A
ESCALA 1:500.000 -ATUALIZADO.
5 10 15
ESCAIA ORIGINAL 1 : 500.000
Figura I - Mapa da situacdo
km
XXII Seminr rio Nacional de Grandes Barragens 137
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