tese_erosão

8/14/2019 Tese_Eroso

1/35

UNIVERSIDADE TCNICA DE LISBOA

Instituto Superior Tcnico

CONTRIBUICONTRIBUIES GEOTES GEOTCNICAS PARA O ESTUDOCNICAS PARA O ESTUDODO PROBLEMA DA EROSODO PROBLEMA DA EROSO

Jos Manuel Oliveira

(Licenciado)

Dissertao para obteno do grau de Mestre em Georrecursos

03 de Novembro de 2006


2/35

2

Primeira Parte Alterao das Rochas e Agentes Erosivos

Segunda Parte Estabilidade de Taludes

Terceira Parte Caso de Estudo

Quarta Parte Concluses e futuras linhas de investigao

A DISSERTAO

1. Meterorizao, Eroso, Erodibilidade e Erosividade2. Eroso Hdrica3. Eroso Elica

1. Movimentos de Massas

3. Risco e Factor de Segurana2. Mtodos de Estabilizao de Taludes

1. Caracterizao da rea de estudo2. Erodmetro e Ensaios de erodibilidade3. Factor de Segurana do Escorrimento

4. Outros factores que influenciam a eroso


3/35

3

ObjectivosObjectivos

Definio dos conceitos deMeteorizao, Eroso, Erosividade e

Erodibilidade; Investigao de aplicaes de

(re)vegetao para a Estabilizaodos Taludes;

Determinao do Factor deSegurana de um escorrimento emfuno da precipitao e vegetao.

Contribuies Geotcnicas para o Estudo do Problema da Eroso


4/35

4

PRIMEIRA PARTEALTERAO DAS ROCHAS E AGENTES EROSIVOS

Esta alterao resulta essencialmente por processos mecnicos (alteraofsica ou mecnica) ou por processos qumicos (alterao bioqumica).

A alterao das rochas, Meteorizao, diz respeito s modificaescausadas nestas pelos agentes externos, sobretudo os relacionados com

as condies de humidade e de temperatura ambientais.

Termoclastia: Variaes de volume produzidas por oscilaes trmicas;Gelivao: Congelao e descongelao de gua contida nos poros dasrochas;

Cristalizao de sais dissolvidos na gua de impregnao das fissuras eporos das rochas aps evaporao.

Alterao fsica ou mecnica:

Alterao bioqumica:

Mecanismos qumicos e mecanismos bioqumicos, na sequncia

da actividade prpria dos seres vivos.

1. Meteorizao, Eroso, Erosividade e Erodibilidade



5/35

5


Meteorizao em funo daTemperatura e da Pluviosidade

(Geologia: 1981)



6/35

6


Eroso pode ser definida como funo de dois mecanismos ou processos:(SELBY: 1982)

Eroso = f( Erosividade; Erodibilidade)

Erosividade traduz os efeitos compostos dos agentes naturais

caractersticos de uma dada regio, tais como:Chuva e ventos: sua intensidade, tamanhos das gotas, velocidade,

distribuio, ngulo e direco, frequncia e durao);

guas superficiais correntes: caudais, profundidade do escoamento,velocidade, frequncia, magnitude, durao e contedo de sedimentos).

Erodibilidade

Propriedades dos terrenos: tamanho das partculas, coeso, capacidade deagregao e de infiltrao;

Vegetao: inclinao e comprimento da superfcie dos terrenos, sua

rugosidade, convergncia ou divergncia de escoamentos;Prticas de uso do solo: agricultura intensiva, estabilizao de ravinamentos,

rotao de colheitas, cobertura das plantas, criao de terraos, contedo

de matria orgnica, etc..Contribuies Geotcnicas para o Estudo do Problema da Eroso


7/35

7


Sete categorias de eroso (JIMENO: 1999)

1. Eroso Hdrica;

2. Eroso Elica;

3. Eroso Fluvial;

4. Eroso Marinha e Litoral;

5. Eroso Glaciar;

6. Eroso Periglaciar;

7. Eroso Crstica.



8/35

8


2. Eroso HdricaOcorre atravs da aco do impacto das gotas da chuva e pelas aces

qumicas que desenvolve na rocha, quando se infiltra nesta e ainda pelo

escoamento superficial, quer seja difuso quer concentrado.

a) Precipitao

A aco da chuva pode ser dividida em duas fases (CLAYTON: 1972):i) impacto das gotas da chuva;

ii) escoamento superficial.



9/35

9


O escoamento superficial divisvel em trs tipos erosivos (JIMENO: 1999):

Eroso em Barranco

Eroso em Sulco

Eroso Laminar



10/35

10


Gelo e Neveguas Subterrneas

Vagas e Ondulao

Rios

Torrentes

b) Eroso provocada pelos cursos de gua, vagas ocenicas e glaciares

Falta foto



11/35

11


3. Eroso Elica

A Eroso Elica o processo pelo qual o vento recolhe e transporta o

material superficial solto, ao mesmo tempo que as partculas transportadasdesgastam, por abraso, as rochas e solos, uma vez que o vento, por si

s, no tem capacidade para desgastar as rochas.

Os principais factores que afectam a eroso elica so:Clima - precipitao, ventos, temperatura, humidade, viscosidade e a

densidade do ar;

Solo - textura, estrutura, densidade das partculas, matria orgnicapresente, humidade e tambm a rugosidade da superfcie;

Vegetao altura, densidade de cobertura do solo, tipo defolhagem.



12/35

12

4. Outros factores que influenciam a eroso


A Fora da Gravidade

Relevo topogrficoSismicidade e Vulcanismo

Subsidncia Regional

Actividade biolgica e cobertura vegetal

Agricultura

Escavaes e actividades mineiras a cu aberto

Actividade mineira subterrnea

Sobrecargas

Tcnicas de reforo e sustimento

Sistema de drenagem

Actividade HumanaActividade Humana

Factores NaturaisFactores Naturais



13/35

13

SEGUNDA PARTEESTABILIDADE DE TALUDES

Deslocamentos de terrenos que constituem uma ladeira ou talude, naturais

ou artificiais (escavaes ou aterros), na zona exterior do mesmo e emsentido descendente

Os movimentos podem ser agrupados em cinco mecanismos principais:

Desprendimento Desabamento Deslizamento

Expanso lateral FluxoRupturas ConfinadasReptao por flunciaDescabeamentoDeformaes gravitacionais

Correntes




14/35

14



A classificao de correntes em solos tem em conta a sua granulometria,quantidade de gua, mobilidade e carcter do movimento:

Arrastamento (creep): constituem deformaes contnuas, superficiais eextremamente lentas que podem aparecer acompanhando outros tipos demovimentos dos materiais subjacentes.

Correntes de lama (mud flow): tem origem em materiais com pelo menoscinquenta por cento de fraco fina e teor em gua suficiente para permitiro fluxo.

Correntes de escombros ou escorrimentos (debris flow): caracterstico demateriais com grande percentagem de fragmentos grosseiros. A massaque desliza vai-se dividindo em pequenas partes com movimentos lentos.Quando o movimento rpido e progressivo, denomina-se de avalanche.



15/35

15


2. Mtodos de Estabilizao de Taludes

Estabilizao por modificao da geometria do talude

DescabeamentoEnrocamento na base do talude

BermasReperfilamento

Estabilizao por DrenagemDrenagem superficial

Drenagem profunda

Estabilizao recorrendo a elementos resistentes

Malhas GuiaMurosEstacas

PregagensAncoragens

GeossintticosContribuies Geotcnicas para o Estudo do Problema da Eroso


16/35

16


2. Mtodos de Estabilizao de Taludes

Estabilizao Superficial recorrendo Vegetao

A vegetao tem um papel importante no controlo dos processos erosivos ecomo elemento de proteco e conservao do solo: superfcie - protegendo-o e segurando-o;Em profundidade - incrementando a resistncia e a coeso dos terrenos.



17/35

17


Risco Geotcnico: a combinao da probabilidade de ocorrncia de umevento com as suas consequncias fsicas, econmicas e sociais

(CLAYTON C.R.I, 2001DPR =

R: riscoP: probabilidade para que o evento adverso se torne realD: dano que o evento adverso considerado vai criar, se acontecer

Vulnerabilidade depende de factores como a presena de sistemas demonitorizao, de aviso imediato, bem como a qualidade e a idade dasconstrues presentes.

Susceptibilidade inerente predisposio de uma regio para determinadostipos de catstrofes naturais, frutos da conjugao de causas geolgicas,climatricas e outras conducentes a uma maior frequncia e/ou magnitudedesses fenmenos.

Vulnerabilidade e Susceptibilidade so o conjunto de factores que determinama magnitude dos danos que um evento adverso pode criar. (Gama:1999)

3. Risco e Factor de Segurana



18/35

18



A grande maioria dos taludes que constituem os casos de engenharia so

constitudos por deslizamentos (profundos deep seated slidings) planares,circulares ou de cunhas rochosas e tombamentos de blocos ou combinaes

entre estes quatro tipos (HOEK & BRAY: 1977).



19/35

19



O Factor de Segurana dos deslizamentos planares e circularesobtm-se peloquociente entre o somatrio das foras resistentes R e o das foras motoras M

( )

VcosTsinkWcosWsin

LctgVsinUTcoskWsinWcos

M

RF

''

s

++

++==

( )[ ]

( )

=

=

+

+=

n

1i iiii

n

1i i'

iiaiiiis

cosKWsinW

bctgsinKWbhcosWF



20/35


21/35


22/35

22



No entanto e apesar de a influncia da vegetao ser considerada (C2), osanteriores autores s do importncia ao aumento do nvel fretico e no

consideram a influncia do escoamento da gua precipitada.

C1,

C2



23/35

23

TERCEIRA PARTECASO DE ESTUDO

1. Caracterizao da rea de estudoN



24/35

24


1. Caracterizao da rea de estudo

0,70,80,90,10,30,30,10,10,70,10,1Coeficiente de proteco dos muros

27262222,525242626292628Percentagem de infiltrao (%)

1,80 E-71,80E-73,50E-73,50E-73,50E-73,50E-78,30E-88,30E-88,30E-81,80E-71,80E-7Condutividade hidrulica (m/s)

46,746,745,845,845,845,847,647,647,646,746,7Porosidade mdia

19543251110519271204164123Largura de infiltrao no talude (m)

27,027,032,032,032,032,032,022,022,027,027,0ngulo de atrito mdio ()

23,523,530,014,014,014,014,033,033,023,523,5Coeso mdia do terreno (kPa)

3131313168253131204830Altura do nvel fretico (m)

17,517,518,518,518,518,516,416,416,417,517,5Peso volmico do terreno (kN/m3)

2321362330212323262724Inclinao mdia do talude ()

39,439,082,787,784,430,035,843,224,158,761,6Altura do talude (m)

1110987654321

TaludeParmetros



25/35

25


2. Erodmetro e Ensaios de erodibilidade

Bateria de ensaios, tendo em considerao trs variveis fundamentais:

Solo: foram utilizados os dois tipos de solo mais representativos da rea emestudo, Solo areno-siltoso e Solo arenoso;

Vegetao: ensaios de erodibilidade com espcie gramnea e solo n;

Inclinao da rampa (de modo a simular a inclinao do talude): [0 ; 30].

Tempo do ensaio 1h 30min

Outros parmetros relevantes

Caudal do ensaio 1 l / minRelao caudal escoamento / caudal efeito de chuva 2 / 1



26/35

26



Preparao amostra sem vegetao

Preparao amostra com vegetao


TERCEIRA PARTE


27/35

27



Indicador da inclinao da rampa

Manpulo deregulao dainclinao da rampa

Amostrador

Tampo basculante

Sistema de controlo do caudal total ao longo do ensaio

Dispositivo derecolha do materialerodido no ensaio

Sistema de controlo dadistribuio do caudaltotal do ensaio

(escoamento laminar /efeito de precipitao)



28/35

TERCEIRA PARTE


29/35

29



0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 5 10 15 20 25 30

NGULO DE INCLINAO DA RAMPA (0)

PERCENTAGEM

DE

SOLO

ARRASTADO

(

Solo sem cobertura vegetal Solo com cobertura vegetal verde (0.8 ps/m^2)

Solo com cobertura vegetal verde (2.0 ps/m^2)l Solo com cobertura vegetal seca (2.0 ps/m^2)

Solo Areno-siltoso


TERCEIRA PARTE


30/35

30



0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 5 10 15 20 25 30

INCLINAO DA RAMPA (0)

Sem cobertura vegetal Com raizes de cobertura vegetal (2.0 ps/m^2)

Com cobertura vegetal verde (1.2 ps/m^2) Com cobertura vegetal seca (1.2 ps/m^2)

Solo Arenoso


TERCEIRA PARTE


31/35

31


3. Factor de Segurana do Escorrimento

C1, C2

( )

D

V

sinP

LCCtancosPF

w

21S

+

++=

FS factor de seguranaP Peso do material erodido (kN/m) ngulo do talude () ngulo de atrito do solo ()C1 coeso do solo (kN/m2)

C2 acrscimo de coeso proveniente da vegetao (kN/m2)D largura da bacia de recepo de gua (m)W peso volmico da gua (kN/m3)H altura do talude (m)V precipitao cada no talude e na bacia de recepo a montante do mesmo (m3/m)p precipitao do evento (mm)

L comprimento do plano frontal do talude (m)

( )cotgLDpV +=

sinH

L =



32/35

TERCEIRA PARTE


33/35

33


3. Factor de Segurana do Escorrimento

5

15

25

35

45

01

510

15

0,40

0,50

0,60

0,70

0,80

0,90

FS

Inclinao () Coeso(kN/m)

FS do talude em funo da inclinao e do incremento da coeso

4,290,09116,9

4,290,1475,4

4,290,3331,5

4,291,0310

6,022,055

6,0210,071

6,02464,010

7

8,080,12116,9

8,080,1975,4

8,080,4631,5

8,081,4410

11,142,885

11,1414,031

11,14463,390

6

FS Jimeno e GonzalezFS Escorrimento

FSPrecipitao

(mm)Talude



34/35

QUARTA PARTE


35/35

35

QUARTA PARTECONCLUSES E FUTURAS LINHAS DE INVESTIGAO

ECOQUARRY

Linhas de Investigao futura


tese_erosão

Documents