Escola Superior de Tecnologia
Universidade do Algarve
CESE em Engenharia Civil
Projecto de Investigação Aplicada em Construção
Capítulo VII
Aplicações
Rui Lança
Faro 22.07.97
Escola Superior de Tecnologia - Universidade do Algarve
vii-1
7.1 - INTRODUÇÃO
O presente capítulo contem a parte prática do trabalho, sendo apresentados três
exemplos, um perfil de um aterro rodoviário, um perfil de uma barragem homogénea
modificada e por fim um perfil de uma barragem zonada. Estas três aplicações visam tipificar
os casos mais correntes em que é aplicável a teoria apresentada nos capítulos anteriores.
No anexo C são apresentados os resultados obtidos da análise dos três casos aqui
referidos.
Projecto de Investigação Aplicada em Construção - Aplicações
Escola Superior de Tecnologia
Universidade do Algarve
CESE em Engenharia Civil
Projecto de Investigação Aplicada em Construção
Capítulo VII.1
Análise dos Taludes da EM 393,
Junto à Ponte Sobre o Rio Mira
Rui Lança
Faro 22.06.97
Escola Superior de Tecnologia - Universidade do Algarve
vii.1-1
7.1.1 - INTRODUÇÃO
O presente exemplo refere-se ao estudo de estabilização dos taludes do aterro da EM
393, junto à ponte sobre o Rio Mira no concelho de Almodôvar.
Esses taludes apresentam declive v:h de aproximadamente 1:1.35; o corpo do aterro é
constituído por blocos de xisto em matriz do solo 1 que, segundo a classificação AASHO,
corresponde ao subgrupo A2-4/A2-5 (cascalho e areia silto-argilosa de baixa plasticidade).
Numa extensão de aproximadamente 110 m, medidos desde o encontro da ponte,
verifica-se a ocorrência de deslizamentos que no lado direito afecta sobretudo a berma, mas
no lado esquerdo já provocaram fendilhação e assentamentos no pavimento. Em conjunto
com esta patologia também se verificam assentamentos, devidos a deficiente compactação.
Nos resultados obtidos da análise da situação existente, pode concluir-se que o aterro
se encontra numa situação de equilíbrio limite, com factor de segurança F = 1.
Em seguida apresentam-se esquemas dos diversos perfis transversais testados, cujos
resultados se apresentam no anexo C.
Fig. VII.1.1 – Solução existente
Projecto de Investigação Aplicada em Construção - Aplicações
Escola Superior de Tecnologia - Universidade do Algarve
Fig. VII.1.2 – Solução A
Fig. VII.1.3 – Solução B
Fig. VII.1.4 – Solução C
Projecto de Investigação Aplicada em Construção - Aplicações
vii.1-2
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Fig. VII.1.4 – Solução D
Fig. VII.1.5 – Solução E
Projecto de Investigação Aplicada em Construção - Aplicações
vii.1-3
Escola Superior de Tecnologia - Universidade do Algarve
vii.1-4
7.1.2 - METODOLOGIA APLICADA AO ESTUDO
DOS TALUDES
O estudo da estabilidade dos taludes foi conduzido com base no método das fatias, em
termos do equilíbrio limite, iniciando-se com o método de Felenius e prosseguindo no
processo de convergência com o método de Bishop, incluindo cenário de acções sísmicas.
Com base no método de Bishop, calculou-se o coeficiente de aceleração sísmica Kcr,
para a qual existe um coeficiente de segurança unitário, seguindo a metodologia referida no
capítulo IV.
Os cálculos foram executados utilizando o programa TALUDES desenvolvido neste
projecto de investigação.
7.1.3 - VALORES DOS PARÂMETROS RESISTENTES
Com base nos ensaios efectuados e no conhecimento genérico do comportamento dos
materiais em questão, adoptaram-se os seguintes valores:
A - corpo do aterro existente, constituído por blocos de xisto na matriz do solo 1,
pertencente ao subgrupo A2-4/A2-5 (cascalho e areia silto-argilosa de baixa plasticidade),
ângulo de atrito interno 26º, peso especifico 16 kN/m3 e coesão 0.0 kN/m2;
B - maciços estabilizadores, construídos em solo 2, pertencente ao subgrupo A2-4/A25, compactado com GC de 100%, ângulo de atrito interno 30º, peso especifico 18 kN/m3 e
coesão 0.0 kN/m2;
C - camada aluvionar, também do subgrupo A2-4/A2-5, ângulo de atrito interno 27º,
peso especifico 16.5 kN/m3 e coesão 0.0 kN/m2;
D - pedra arrumada, ângulo de atrito interno 35º, peso especifico 18 kN/m3 e coesão
0.0 kN/m2.
Projecto de Investigação Aplicada em Construção - Aplicações
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vii.1-5
7.1.4 - SOLUÇÃO RECOMENDADA
Como forma de estabilizar os taludes estudaram-se cinco soluções, como se pode
observar nos resultados gerais a seguir apresentados. Tendo como critérios de selecção as
condições de estabilidade, disponibilidade dos materiais, facilidade dos processos
construtivos e custos, recomendou-se a solução E.
Essa solução consiste em criar maciços estabilizadores que se elevam até 2.50 m
abaixo da cota da rasante, com declive v:h igual a 1:2, construídos em solo2, como acima
referido (A2-4/A2-5), compactado com GC de 100%. A fundação destes maciços assenta
sobre o maciço xistoso e a partir de 1 m abaixo da cota da superfície é executada com
enrocamento. O topo dos maciços estabilizadores constitui uma banqueta com 2.60m de
largura que permite o acesso ao cilindro e tem um pendente de 5% que permite a drenagem
das águas superficiais que escorrem sobre o talude e minimiza a infiltração destas entre os
maciços estabilizadores e o aterro existente. Para evitar a erosão, devem ser criadas
condições para o desenvolvimento da vegetação natural da região, que dispensa tratamento e
garante uma eficiente protecção.
Sobre estes maciços estabilizadores e até à cota da berma, devido à impossibilidade de
compactação mecânica eficiente, adoptou-se a colocação de pedra arrumada, formando um
talude de enrocamento.
Após a execução dos trabalhos de reabilitação do talude e da ponte, será efectuada a
recarga e regularização do pavimento.
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Universidade do Algarve
CESE em Engenharia Civil
Projecto de Investigação Aplicada em Construção
Capítulo VII.2
Análise dos Taludes da Barragem da Caroucha
Rui Lança
Faro 22.06.97
Escola Superior de Tecnologia - Universidade do Algarve
vii.2-1
7.2.1 - INTRODUÇÃO
O presente exemplo refere-se à análise dos taludes de montante e jusante da Barragem
da Caroucha, situada no Sotavento Algarvio, concelho de Castro Marim, a 1.50 Km a Oeste
da Junqueira.
Trata-se de uma barragem de terra, homogénea modificada, com dreno de tapete.
Possui diferença de cotas entre a crista e o ponto mais baixo das fundações de 15.92m. O
talude de montante apresenta inclinação h:v de 3:1, e o de jusante 2.5:1.
O solo de empréstimo disponível para a construção da barragem foi classificado
segundo a classificação unificada como SM (areia de granulometria variável, siltosa, levemente
argilosa, com seixo fino castanho) e SC (areia de granulometria variável, siltosa, levemente
argilosa, com seixo de calibre variável castanho).
Em seguida apresenta-se o esquema do perfil transversal testado, cujos resultados se
apresentam no anexo C.
Fig. VII.2.1 – Perfil transversal da barragem da Caroucha
Projecto de Aplicação Aplicada em Construção - Aplicações
Escola Superior de Tecnologia - Universidade do Algarve
vii.2-2
7.2.2 - METODOLOGIA DO ESTUDO DOS TALUDES
(Barragem Homogénea Modificada)
O estudo da estabilidade dos taludes foi conduzido com base no método das fatias, em
termos do equilíbrio limite, iniciando-se com o método de Felenius e prosseguindo no
processo de convergência com o método de Bishop, incluindo cenário de acções sísmicas.
Foram ensaiados diversos cenários, considerando as seguintes combinações:
1 - sem sismo e sem consideração das forças de percolação;
2 - coeficiente sísmico constante e não consideração das forças de percolação;
3 - sem sismo e consideração das forças de percolação;
4 - coeficiente sísmico constante e consideração das forças de percolação;
5 - coeficiente sísmico variável com a cota na razão de Jo(2.41.Z’), conforme
dedução no capítulo VI e não consideração das forças de percolação;
7.2.3 - CÁLCULO DO COEFICIENTE SÍSMICO
Estando a estrutura situada na zona sísmica A, fundada num solo tipo III, e com uma
frequência de:
T = 2.61. H.
ρ
;
G

19
. 

f =  2.61 ⋅ 15 ⋅
3850 

−1
= 114
. hz
Cálculo do modulo de distorção:
G=
E
2 ⋅ (1 + µ)
Projecto de Aplicação Aplicada em Construção - Aplicações
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vii.2-3
Sendo o solo constituído por uma areia siltosa, de acordo com [20]:
µ = 0.3
E = 10000kPa
G=
10000
= 3850kPa
2 ⋅ (1 + 0.3)
Segundo os espectros de resposta do RSA (Regulamento de Segurança e Acções)
para um sismo tipo I e para um factor de amortecimento de 10%, obtem-se Ks = 0.10g.
Com base nos elementos de sismicidade histórica de Portugal Continental e na Carta
Geológica de Portugal, aplicando ábacos propostos por Seed, Idriss e Kiefer para a região
do Algarve (conforme referido no capítulo VI), obtem-se:
- sismo próximo, falha da Messajena, raio 100 Km e magnitude 8:
ks = a/g = 0.83/9.81 = 0.084g.
As forças de percolação foram determinadas conforme a demonstração indicada no
capítulo V e os cálculos foram executados utilizando o programa TALUDES desenvolvido no
presente projecto de investigação.
Projecto de Aplicação Aplicada em Construção - Aplicações
Escola Superior de Tecnologia - Universidade do Algarve
vii.2-4
7.2.4 - VALORES DOS PARÂMETROS RESISTENTES
Com base na classificação dos solos e no conhecimento do comportamento genérico
dos materiais em questão, adoptaram-se os seguintes valores, de acordo com [20]:
γ = 19 kN/m³
φ = 28º
φr’ = 26º
c = 15 kN/m²
sendo:
γ
peso especifico do solo;
φ
ângulo de atrito interno do solo;
φr’
ângulo de atrito interno do solo dinâmico residual;
c
coesão;
kh
coeficiente de permeabilidade horizontal;
kv
coeficiente de permeabilidade vertical;
7.2.5 - PERCOLAÇÃO NO CORPO DA BARRAGEM
Na contabilização das forças de percolação através do corpo da barragem, os
coeficientes de permeabilidade horizontais e verticais considerados foram:
kh = 10-6 m/s
kv = 10-7 m/s
A barragem possui um dreno de tapete, para o qual se prevê um caudal de
1.207136E-05 m³/s.
Projecto de Aplicação Aplicada em Construção - Aplicações
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vii.2-5
7.2.6 - CONCLUSÃO
Observando os valores obtidos conclui-se que a consideração das forças de
percolação faz baixar os coeficientes de segurança das superfícies de rotura que afectam o
talude de jusante e intersectam a zona saturada do corpo da barragem, isto porque o possível
escorregamento ocorre no mesmo sentido em que estão orientadas as forças de percolação.
A consideração do coeficiente sísmico variável com a cota faz com que as superfícies
mais desfavoráveis se situem mais próximo da zona da crista da barragem; isto valida as
observações feitas em casos de rotura de barragens de terra devido a acções sísmicas, onde
se verifica a rotura parcial da barragem, situando-se as superfícies criticas de deslizamento na
zona superior da barragem. Caso a albufeira se encontre razoavelmente cheia, este tipo de
rotura pode levar ao galgamento da barragem, por conjugação do abaixamento da crista com
a onda sísmica.
A acção de cargas dinâmicas, como é o caso da acção sísmica provoca alteração das
tensões intersticiais instaladas, contudo neste estudo o valor de ∆u foi considerado nulo,
porém verifica-se a existência de reserva de segurança que permite compensar as diferenças
provocadas entre o factor de segurança calculado e real provocada pela omissão da referida
variável no estudo.
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Projecto de Investigação Aplicada em Construção
Capítulo VII.3
Análise dos Taludes da Barragem de Vaqueiros
Rui Lança
Faro 23.06.97
Escola Superior de Tecnologia - Universidade do Algarve
vii.3-1
7.3.1 - INTRODUÇÃO
O presente capítulo refere-se à análise dos taludes de montante e jusante da Barragem
de Vaqueiros, situada no Algarve, concelho de Alcoutim.
Trata-se de uma barragem de terra, zonada, com dreno de chaminé. Possui diferença
de cotas entre a crista e a fundação de 17 m. O talude de montante apresenta inclinação h:v
de 3:1, e o de jusante 2.5:1.
O solo de empréstimo disponível para a construção da barragem foi classificado
segundo a classificação unificada como SM (areia siltosa e misturas de areia e silte, mal
graduados).
Em seguida apresenta-se o esquema do perfil transversal testado, cujos resultados se
apresentam no anexo C.
Fig. VII.3.1 – Perfil transversal da barragem de Vaqueiros
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vii.3-2
7.3.2 - METODOLOGIA DO ESTUDO DOS TALUDES
(Barragem Zonada)
O estudo da estabilidade dos taludes foi conduzido com base no método das fatias, em
termos do equilíbrio limite, iniciando-se com o método de Felenius e prosseguindo no
processo de convergência com o método de Bishop, incluindo cenário de acções sísmicas.
Foram ensaiados diversos cenários, considerando as seguintes hipóteses:
1 - sem sismo e sem consideração das forças de percolação;
2 - coeficiente sísmico constante e não considera as forças de percolação;
3 - sem sismo e consideração das forças de percolação;
4 - coeficiente sísmico constante e considera as forças de percolação;
5 - coeficiente sísmico variável com a cota na razão de Jo(2.41.Z’), conforme
dedução no capítulo VI e não consideração das forças de percolação;
6 - coeficiente sísmico constante de maior intensidade e não consideração das
forças de percolação;
Projecto de Investigação Aplicada em Construção - Aplicações
Escola Superior de Tecnologia - Universidade do Algarve
vii.3-3
7.3.3 - VALORES DOS PARÂMETROS RESISTENTES
Com base na classificação dos solos e no conhecimento do comportamento genérico
dos materiais em questão, adoptaram-se os seguintes valores:
Nos maciços estabilizadores:
γ = 18.5 kN/m³
φ = 35º
φr’ = 33º
c = 30 kN/m²
No núcleo:
γ = 17.5 kN/m³
φ = 30º
φr’ = 28º
c = 60 kN/m²
sendo:
γ
peso especifico do solo;
φ
ângulo de atrito interno do solo;
φr’
ângulo de atrito interno do solo dinâmico residual;
c
coesão;
7.3.4 - PERCOLAÇÃO NO CORPO DA BARRAGEM
Na contabilização das forças de percolação através do corpo da barragem, os
coeficientes de permeabilidade horizontais e verticais considerados foram:
kh = 10-6 m/s
kv = 10-7 m/s
A barragem possui um dreno de tapete, para o qual se prevê um caudal de
7.601047E-05 m³/s.
Projecto de Investigação Aplicada em Construção - Aplicações
Escola Superior de Tecnologia - Universidade do Algarve
vii.3-4
7.3.5 - CONCLUSÃO
Da análise dos taludes da Barragem de Vaqueiros, as conclusões tiradas do ensaio dos
diversos cenários considerados são idênticas às referidas na conclusão do capítulo VII.2.
Com excepção da consideração de um novo cenário número seis onde se elevaram as forças
sísmicas até à rotura do talude de montante. Actualizando a aceleração critica para cada
período de vibração do corpo da barragem, verifica-se que devido à existência da superfície
de deslizamento activa no decorrer da actuação do sismo a zona do talude afectada tende a
horizontalizar. Assim sendo provoca um gradual aumento dos valores da aceleração critica, o
que implica a diminuição do deslocamento por período de vibração. Este procedimento, mais
trabalhoso e sómente viável com a utilização do cálculo automático, permite obter
deslocamentos menores do que no caso de se calcular a aceleração critica para a geometria
inicial, calcular o deslocamento ocorrido no primeiro período e multiplicar pelo número de
períodos de oscilação existentes na duração do sismo de projecto. É necessário ter em
atenção que devido à existência de acções dinâmicas e superfícies de rotura pelas quais
ocorrem deslizamentos utilizam-se os valores dinâmicos residuais dos parâmetros resistentes
do solo.
Projecto de Investigação Aplicada em Construção - Aplicações