UNIDADE 4

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Unidade 04
Aula 01
Mineração e Escavações
Introdução
A mineração é uma atividade de extrema relevância para toda a humanidade. Praticamente todos
os utensílios utilizados em nosso cotidiano possuem elementos que foram obtidos graças a esse
ramo da economia. Se associarmos com a engenharia civil, não é possível sequer imaginarmos obras
sem a utilização de elementos advindos dessa atividade. Por exemplo, para a construção de uma
casa, praticamente todos os elementos necessários provêm da mineração.
Assim, em vista da grande importância da atividade mineradora para toda a sociedade, em especial
para a economia brasileira, além do grande potencial de atuação dos engenheiros civis nessa área,
esta aula irá apresentar fundamentos de mineração, abrangendo os tipos de lavras, a mineração no
Brasil e a a escavação.
Ao final desta aula, você será capaz de:
compreender a importância da mineração;
conhecer a importância a atividade mineradora para o Brasil;
diferenciar os tipos de lavra;
conhecer os tipos de escavação.
Mineração
Um bom caminho para se iniciar os estudos relacionados à mineração é diferenciar minério de
mineral. Mineral é uma substância natural cristalina, formada por processos inorgânicos,
homogênea, sólida ou líquida, com composição química definida e estrutura atômica característica.
Já o minério é um conjunto de minerais com uma grande quantidade de um certo mineral ou
elemento químico, que seja passível de extração e comercialização. Por exemplo, o alumínio na
natureza está associado a alguns tipos de rochas, porém só é viável torná-lo um minério caso haja
concentração elevada, associado à possibilidade de extração, em virtude de tecnologia e
localização, entre outros fatores.
Os minerais são transformados em minério graças a uma atividade de grande relevância para o
Brasil e toda a humanidade, a mineração. De acordo com o Departamento Nacional de Produção
Mineral (DNPM) (2012), a mineração pode ser compreendida como uma atividade essencialmente
econômica, em sentido amplo, uma indústria de produtos minerais ou extrativa mineral. O objetivo
da atividade é descobrir os recursos existentes, extrair o material necessário por meio de lavra a
céu aberto ou subterrânea, transportá-lo e deixá-lo em condições para ser utilizado por indústrias
de beneficiamento.
A atividade mineradora tem em sua essência algumas especificidades que a distinguem das outras
atividades econômicas. A mineração é uma atividade extrativa por natureza, ou seja, há a extração,
a retirada de um recurso natural pelo homem. No caso dos minerais, esse recurso não é passível de
renovação, ou seja, são finitos. Quando há o esgotamento dos recursos em uma determinada área
de minério, essa área é abandonada e se procura uma nova localidade que possua o elemento de
interesse.
Em razão de ser uma atividade que explora recursos naturais não renováveis, além de causar um
grande impacto ambiental, em virtude do modo de operação, os empreendimentos extrativistas
devem ser pautados em um amplo planejamento. Deve-se considerar os impactos gerados durante
a atividade e planejar a destinação dos resíduos gerados e da área explorada, com vistas a
minimizar os impactos socioambientais.
Mineração no Brasil
A importância da exploração dos minerais no desenvolvimento da economia do Brasil remete-nos
ao período colonial. A procura por minerais estimulou a exploração e ocupação de novas áreas do
território brasileiro, o que fomentou o surgimento de novas rotas e caminhos, que culminou com a
exploração do ouro no Estado de Minas Gerais. Com o passar dos anos, o aumento da ocupação
proporcionou a descoberta de novos minerais, e o avanço das técnicas da geologia e da engenharia
proporcionaram uma exploração de grandes proporções dos recursos minerais. Assim, a extração
mineral se tornou uma atividade essencial à economia brasileira, tanto para o abastecimento
interno quanto para o comércio exterior.
Em diversos momentos do cotidiano nacional, ouve-se que o Brasil é um país rico, que somos uma
nação privilegiada, com diversas fontes de riqueza. Essas afirmações são decorrentes,
principalmente, da extensão territorial e da grande quantidade de minérios e áreas passíveis de
aproveitamento econômico. Os principais minerais explorados no território brasileiro são: ferro,
com grande concentração de jazidas em Minas Gerais, no denominado Quadrilátero do Ferro de
Minas Gerais, que abrange os municípios de Belo Horizonte, Congonhas do Campo, Mariana, Santa
Bárbara e adjacências; alumínio, com a bauxita responsável pela fonte de alumínio, com grandes
jazidas no Norte do país; manganês, cujas reservas se concentram na Serra do Carajás – PA e no
Quadrilátero do Ferro de Minas Gerais; cobre, com as jazidas mais importantes na Serra dos
Carajás – PA, no Rio Grande do Sul e na Bahia; e o ouro, encontrado com maior frequência em
Minas Gerais. Em 2017, cerca de 90% do valor da produção provinda da indústria mineradora
tiveram como origem os estados de Minas Gerais e Pará.
Mineral metálico % do valor total da produção mineral nacional
Ferro 71,1
Cobre 9,4
Ouro 8,9
Alumínio 3,7
Níquel 2,5
Manganês 1,6
Estanho 0,9
Nióbio 0,7
Zinco 0,4
Cromo 0,3
Vanádio 0,2
Outros 0,4
Tabela 1 – Participação das principais substâncias metálicas no valor da produção mineral comercializada no Brasil, em 2017
Fonte: Brasil – ANM (2018, p. 30).
A Tabela 1 apresenta a participação das principais substâncias metálicas no valor da produção
mineral comercializada no Brasil, em 2017. De toda a produção, 80% são minerais metálicos,
enquanto 20% são não metálicos. Considerando os metálicos, nota-se a predominância da
produção de ferro (71,1%) seguida por cobre (9,4%) e ouro (8,9%).
Minério
Produção total
ROM (t)
Produção Comercializada
Valor Total (R$)Bruta Beneficiada
Quantidade (t) Valor (R$) Quantidade (t) Valor (R$)
Alumínio
(bauxita)
49.714.940 1.091.920 44.365.675 36.771.352 3.215.161.860 3.259.527.535
Cobre 111.340.233 - - 1.279.093 8.368.906.676 8.368.906.676
Cromo 1.445.137 - - 520.767 254.441.782 254.441.782
Estanho 20.759.504 - - 30.934 817.426.975 817.426.975
Ferro 585.337.085 3.517.873 84.446.742 450.109.229 63.097.345.289 63.181.792.031
Manganês 5.805.557 135.096 14.350.740 3.391.682 1.394.520.308 1.408.871.048
Nióbio 23.575.307 - - 170.541 635.629.056 635.629.056
Níquel 7.253.656 9.092 234.177 243.716 2.181.383.155 2.181.617.332
Ouro 92.206 - - 80 7.884.737.729 7.884.737.729
Vanádio 1.165.950 - - 358.762 91.686.377 91.686.377
Zinco 2.510.582 26.254 27.170.906 400.319 351.433.271 378.604.177
Tabela 2 – Produção e valor de comercialização dos 11 principais minerais metálicos produzidos no Brasil em 2017
Fonte: Brasil – ANM (2018).
Com base na Tabela 2, é possível verificar os minerais metálicos que movimentam maior montante
de valores quando comercializados, sendo o ferro, o cobre e o ouro os que apresentaram maior
valor total em 2017, com R$ 63.181.792.031, R$ 8.368.906.676 e R$ 7.884.737.729,
respectivamente. É pertinente observar a grande diferença dos valores quando se comparam os
valores referentes à comercialização do minério bruto beneficiado. Por exemplo, no caso do ferro, o
valor comercializado da produção de ferro bruto em 2017 foi de R$24,00/t, enquanto o beneficiado
foi de R$ 140,18.
Quase metade da produção nacional é com vistas à exportação. Em 2017, R$ 41,7 bilhões são
referentes à exportação de minérios. Os principais compradores de minério brasileiro são China e
Estados Unidos da América, que, em 2017, compraram um total de R$ 11.901.013.273,00 e R$
4.750.670.533,00, respectivamente.
Métodos de Lavra
A Lei nº 227/1967 institui o Código de Minas, em seu art. 36, e define lavra como o conjunto de
operações coordenadas que tem como objetivo o aproveitamento industrial da jazida, desde a
extração das substâncias minerais úteis até o beneficiamento delas, porém alguns autores não
consideram o beneficiamento como lavra, como Beal (1973 apud GIRODO, 2005).desintegração.
Alternativa correta. Materiais que, após a utilização de explosivo, se fragmentam
com facilidade em diminutos pedaços, com grande quantidade de lascas e pó, não
são apropriados para formarem grande parte da barragem. Devem ser rochas
resistentes às ações químicas e físicas do intemperismo, como os gnaisses, granitos
e diabásios, entre outros.
As barragens de enrocamento possuem sua estrutura formada principalmente por
materiais finos, com a presença de rochas somente a jusante.
Alternativa incorreta. Barragens de enrocamento, como o nome nos remete, é uma
estrutura que tem como objetivo barrar a água, com a formação de um reservatório
(barragem), formada majoritariamente por material rochoso fragmentado com
partículas pesando entre 13 kg e 19 t.
A rochas que serão utilizadas em uma barragem de enrocamento devem ser
suscetíveis aos sujeitos intempéricos e com baixa resistência, pois isso faz com que
sejam melhor compactadas.
Alternativa incorreta. As rochas que irão formar uma bacia de enrocamento devem
ser rochas resistentes às ações químicas e físicas do intemperismo.
A granulometria dos materiais que formam o maciço da barragem é o que diferencia os
diversos tipos de barragem de enrocamento.
Alternativa incorreta. O elemento de vedação é o que define o tipo de barragem de
enrocamento.
As barragens de enrocamento são consideravelmente mais eficientes do que as de
terra.
ATIVIDADE DE APRENDIZAGEM
Alternativa incorreta. Não há diferença de eficiência entre as barragens. Cada
estrutura possui suas vantagens, desvantagens e condicionantes.
A respeito das barragens de enrocamento com face de concreto, são grandes estruturas que
promovem o represamento de água, e essas estruturas são compostas por diversos elementos.
Em relação aos elementos que compõem essas obras, pode-se afirmar que:
O plinto é um elemento que, junto com outros, possibilita a impermeabilização da
barragem, sendo localizado na base montante da barragem.
Alternativa correta. O plinto tem a função de impermeabilizar a interface
composta pelo plano da fundação e o fundo do maciço. Trata-se de um
equipamento de concreto, localizado na base montante da barragem.
As juntas são estruturas que absorvem as alterações decorrentes do deslocamento
relativo entre o plinto e a laje. São estruturas fixas, sem deslocamento, para que haja
perfeita impermeabilização.
Alternativa incorreta. As juntas não são estruturas fixas, estáticas. Durante o
preenchimento do reservatório, ela se abre e se desloca. Juntas em barragens com
menos de 75 metros de altura têm movimentação de poucos milímetros, porém
juntas com as atuais veda-juntas têm sido de vários centímetros. Em virtude da alta
ocorrência de infiltrações nessas localidades, atualmente é recomendada a
instalação de até três veda-juntas separados.
Nas barragens de enrocamento, os maciços são estruturas homogêneas, com
granulometria padrão, formado por pedregulhos e blocos de rocha.
Alternativa incorreta. O maciço geralmente é dividido em pelo menos duas zonas:
uma zona de transição e o maciço principal. Para que haja melhor aproveitamento
dos materiais, o maciço principal é dividido em mais zonas, que se distinguem pela
granulometria e grossura das camadas.
Quando há execução de uma face de concreto em uma barragem de enrocamento,
deve-se dar prioridade à resistência da face, em decorrência da pressão exercida sobre
ela.
Alternativa incorreta. Para a formação das faces de concreta das barragens de
enrocamento, a impermeabilidade e a durabilidade são mais relevantes que a
resistência. Cerca de 20 Mpa (3000 psi) aos 28 dias já são suficientes.
ATIVIDADE DE APRENDIZAGEM
Fechamento
Diversos são os fatores que influenciam na execução de um empreendimento que visa ao
barramento de um curso d’água. As limitações socioambientais, legislativas e econômicas são o
ponto de partida para o planejamento de uma barragem. Entre os aspectos econômicos, destaca-se
um fator que irá influenciar o tipo de barragem a ser executado (de terra, enrocamento ou de
concreto). Como vimos, o tipo de barragem a ser executado para que ocorra o represamento está
vinculado à disponibilidade de materiais (solos ou rochas) no local ou próximo da área onde será
instalada, e do custo dos materiais a serem utilizados.
As barragens de enrocamento são formas de aumentar o nível de água de uma localidade, a ser
executado em locais com grande disponibilidade de rochas inalteradas, que possam ser utilizadas
na formação do maciço. Esses tipos de barragens são muito populares, principalmente as com face
de concreto. Assim, o conhecimento dos conceitos e elementos que envolvem essas estruturas é
fundamental para aqueles que pretendem atuar nessa área.
Deve-se destacar que, em decorrência da magnitude dessas estruturas e do potencial impacto que
elas carregam, cada vez mais são exigidos profissionais especializados para atuarem nessa área do
conhecimento, o que gera uma demanda por profissionais capacitados, que deve ser visto com bons
olhos aos acadêmicos de engenharia civil.
Nesta aula, você teve a oportunidade de:
conhecer os tipos de barragem de enrocamento;
saber quais os requisitos para que seja escolhido as barragens de enrocamento como
instrumento de barramento;
conhecer os tipos de barragem de enrocamento;
aprender sobre os elementos das barragens de enrocamento.
As barragens de enrocamento, por utilizarem material proveniente da própria
escavação, ou de áreas vizinhas, não necessitam da elaboração de Estudo de Impacto
Ambiental.
Alternativa incorreta. As barragens são empreendimentos de alto potencial de
impacto ambiental, principalmente em decorrência das grandes áreas que serão
alagadas, sendo necessária a realização de Estudo de Impacto Ambiental.
Unidade 04
Aula 04
Obras de terra
Introdução
A necessidade do homem em ocupar novos espaços fomentou o surgimento de um conjunto de
técnicas que permitem o trabalho com os materiais terrosos. As obras de terra permitiram que a
sociedade conseguisse executar edificações em locais antes não pensados. A construção de muros
de arrimo possibilita a proteção de casas, rodovias, assim como os aterros permitem a elevação do
terreno para a execução de estradas, ou até para a ampliação da faixa de areia de uma bela praia.
Apesar das avançadas técnicas, infelizmente são corriqueiros os anúncios de desastres ocasionados
por movimentos de massa em nosso país. A ocupação desordenada de encostas, associada a uma
ineficiência dos órgãos públicos em realizar a infraestrutura adequada, ou impossibilitar a ocupação
dessas localidades, faz com que ocorram eventos com grandes danos para a população.
Em virtude dessa problemática, é essencial a aquisição de conhecimento a respeito das obras de
terra, com vistas à futura atuação dos profissionais nessa área de grande interesse para a
sociedade.
Ao final desta aula, você será capaz de:
conhecer as diferentes obras de terra;
aprender sobre os diferentes tipos de muros de arrimo;
verificar quais os tipos de movimentos de massa.
conhecer os equipamentos de compactação.
Obras de terra
As obras de terra podem ser conceituadas como uma estrutura construída com solo ou blocos de
rocha, na qual o solo e a rocha são os materiais de construção (MASSAD, 2003). Já Andrade et al.
(2013) entendem as obras de terra como qualquer estrutura civil que utilize o solo como elemento
construtivo e funcional. Com base nesses conceitos, as obras de terra podem ser taludes, muros de
arrimo, aterros e barragens.
Muros de Arrimo
Os muros de arrimo são estruturas de suporte utilizadas para vencer desníveis do terreno em
situações em que não há espaço para a conformação temporária ou definitiva de um talude, ou
ainda quando se deseja efetuar aberturas no terreno natural para, por exemplo, a implantação de
túneis e galerias, visando impedir o desmoronamento e o escorregamento do material adjacente.
As estruturas de arrimo podem ser temporárias, buscando somentepermitir a construção de uma
estrutura enterrada, sendo implantadas antes da escavação do terreno, ou permanentes, caso dos
muros de arrimo, estações subterrâneas e metrôs de subsuperfície etc., cuja escavação é feita
inicialmente ou após a construção da estrutura, seguida do reaterro. Existem diversas estruturas de
arrimo, diferenciando-se principalmente quanto à estabilidade dos materiais que estão suportando.
A escolha do da estrutura leva em consideração os seguintes fatores:
altura do morro;
características físicas do solo a ser contido;
características físicas do solo de apoio;
função do muro, se é para conter um aterro ou um corte no terreno;
se há fluxo de água;
espaço para a instalação de contenção.
Esses critérios devem ser analisados conjuntamente. Caso haja mais de uma opção de muro de
arrimo que venha a suprir todos os requisitos, opta-se pela solução mais econômica. Os muros de
contenção podem ser isolados ou ligados às estruturas das construções. Os muros isolados têm a
função de equilibrar as tensões transmitidas a eles pela massa de material assentada sobre ele, por
meio de seu peso próprio e da reação do terreno realizada pela sua base. Já os muros ligados às
construções transmitem a elas os esforços provenientes da ação do material rochoso ou solo.
Muros de Arrimo de Gravidade
Geralmente, são construídos de alvenaria de pedras argamassadas, de concreto simples ou
ciclópico, ou de gabiões. Dependem do seu peso para manter a estabilidade, tal que suas dimensões
são escolhidas de forma a não se desenvolverem tensões de tração em nenhuma seção ou posição
interna da estrutura.
Muros de Gravidade Aliviada
Seguem o mesmo princípio que os muros de arrimo de gravidade, porém, por razões econômicas,
substitui-se uma parte do muro pelo solo que atua sobre a base, sendo introduzida alguma
ferragem e uma sapata na base do muro.
Muros de Flexão
Suas paredes e a sapata do muro são delgadas e de concreto armado, trabalhando sob tensões de
tração. São utilizados com razoável economia até alturas da ordem de 6 metros.
Muros de Flexão com Contrafortes
São muros de flexão dotados de paredes contrafortes, responsáveis por aumentar a rigidez do
muro. Geralmente, são empregados para alturas maiores que 8 metros ou quando as solicitações
são elevadas.
Cortinas de Estacas Prancha
Consistem em elementos de aço, concreto ou madeira que são cravados individualmente, um ao
lado do outro, com engates laterais que permitam a sua conexão para construir a cortina. São
usados em estruturas de retenção de água ou solo, podendo ser utilizadas tanto para obras
temporárias como definitivas. Em face da seção delgada dessas cortinas, podem ser atirantadas.
Paredes Diafragma Rígidas
São paredes ininterruptas de concreto armado que são concretadas em painéis antes do começo da
escavação, sendo usualmente escavadas com uso de lama bentonítica e de concretagem submersa.
Constitui uma estrutura bastante rígida e estanque.
São usadas quando as escavações necessitam ser executadas nas proximidades de edificações que
não podem suportar recalques diferenciais exagerados, podendo formar as paredes da estrutura
definitiva e impermeáveis. Podem ser estabilizadas com tirantes e estroncas de vários níveis.
Muros de Gabiões
São muros de gravidade erguidos com blocos feitos de pedras colocadas dentro de gaiolas de telas
metálicas de aços especiais, com ou sem revestimento plástico. Podem sofrer grandes recalques
sem ruptura e são autodrenantes, porém não autofiltrantes.
Crib walls
São muros de gravidade edificados a partir de vigas pré-fabricadas de concreto armado ou de
madeira que são dispostas na forma de fogueira, tal que seus espaços internos são preenchidos com
aterro compactado em camadas ou com enrocamento, funcionando como um todo. São utilizados
para a contenção de aterros de estradas, estabilização de encostas, encontros de pontes e muros de
impacto, entre outros.
SAIBA MAIS
Para a construção de gabiões, utilizam-se usualmente de comprimentos iguais a 2 metros e
seção transversal com 1 metro. Esse tipo de muro de contenção é mais flexível e a sua
estrutura absorve bem os recalques e a permeabilidade.
Terra Armada
A terra armada é um material que conjuga o solo e uma armadura de tração por meio de um
mecanismo de atrito, que gera uma pseudo-coesão que garante a estabilidade do maciço. O
revestimento tem por finalidade impedir que o solo situado entre a armadura sofra erosão
superficial, além de proporcionar estética à estrutura.
Taludes
Os taludes são superfícies inclinadas de maciços terrosos, rochosos ou mistos (solo e rochas),
podendo ser naturais ou artificiais. Os taludes naturais possuem estrutura específica e estão
relacionados ao histórico de tensões sofridas pelo maciço (erosão, tectonismo, intemperismo etc.).
A formação do talude natural é decorrente de uma série de fatores geológicos (formação do maciço
rochoso, presença de dobra ou falhas e geomorfologia) e ambientais (clima, topografia, vegetação e
ocupação). Já os taludes artificiais são decorrentes de cortes nos terrenos, ou a execução de aterros
(FEC – UNICAMP, [s.d.]).
O fato de se tratar de superfícies inclinadas faz com que a todo momento a componente da força da
gravidade atue sobre a massa de material rochoso/terroso, que tende a se mover para baixo. A esse
movimento dá-se o nome de escorregamento, que pode ser lento, rápido, com ou sem intervenção
humana. A ação das águas é um efeito potencializador para a ocorrência de escorregamentos e,
quando infiltra no maciço de solo/rocha, pode provocar condicionantes que favorecem o
escorregamento, como:
inserção de uma força de percolação, na direção do escorregamento;
encharcamento do solo, resultando na perda de sua resistência;
aumento da componente força da gravidade, em virtude do crescimento do peso específico do
solo;
aumento de pressões neutras, que diminuem a resistência efetiva do solo.
A ocupação urbana desordenada nas cidades brasileira faz com que famílias se instalem em locais
inapropriados, como na beira, ou sob taludes, estando sujeitas a sofrerem os efeitos de um
escorregamento de massa. Por conta do mau planejamento habitacional – que faz com que famílias
se alojem em locais de risco –, associado a localidades que possuem um alto índice de chuvas,
frequentemente vemos nos noticiários tragédias ocasionadas pela movimentação de massa, o que
torna essencial o estudo da estabilidade dos taludes.
FATOS E DADOS
Segundo dados obtidos pelo IBGE e CEMADEN, em 2010 mais de 8 milhões de pessoas
viviam em áreas de risco. A pesquisa foi realizada em 872 municípios do país, que possuíam
indicações de ocorrência de enchentes e deslizamentos.
O material pode ser consultado clicando aqui.
https://www.ibge.gov.br/apps/populacaoareasderisco/
Estabilidade de Taludes
O termo estabilidade está relacionado à qualidade do que é estável, fixo, ou seja, refere-se à coisa
que está imóvel. Quando empregado na Engenharia Civil, a estabilidade está vinculada à segurança.
Assim, estabilidade de taludes diz respeito ao estudo das condições de mobilidade do talude, de
modo a prever a movimentação dele, para que sejam tomadas as devidas medidas com vistas à
proteção das obras e dos indivíduos que estão a montante e a jusante do maciço.
As movimentação das encostas de um talude podem ser por escoamento (rastejo ou corridas) ou
por escorregamento (rotacional ou translacional). Os rastejos são movimentos que não estão
relacionados a grandes desastres, apenas danificam estruturas edificadas sobre a massa em
movimentação, pois são movimentos lentos e contínuos, acelerados com a presença de água. Em
contrapartida, as corridas estão associadas a grandes desastres naturais, em virtude da
movimentação de massa extremamente rápida, com comportamento hidrodinâmico. Nesse tipo de
movimentação de encosta, a alta concentração de água faz com que o material perca o atrito e
passe a se comportar como um fluido, composto por lama, terra e detritos(fragmentos de rocha,
vegetação, solo e materiais diversos que se encontram na direção do fluxo). Já as quedas são
movimentos de queda livre de blocos ou fragmentos de rochas (GONÇALVES et al., 2014).
Os escorregamentos são os movimentos de massa mais comuns em taludes naturais. Também
conhecido como deslizamento, esse tipo de movimento de massa caracteriza-se pela superfície de
ruptura bem definida, onde há o desprendimento e posterior deslizamento do solo. Esse tipo de
movimentação é distinguido em dois tipos: os escorregamentos rotacionais e os translacionais. O
rotacional tem formato circular, e o centro de gravidade do maciço instável é transferido para fora
do talude, onde há o deslizamento do solo. Já o translacional tem um formato de tabuleiro, e o
material se desloca realizando um movimento de translação.
Figura 1 - Movimentação de massa do tipo escoamento
por rastejo.
Conceito: Os rastejos são movimentos que não estão relacionados a grandes desastres, apenas
danificam estruturas edificadas sobre a massa em movimentação, pois são movimentos lentos e
contínuos, acelerados com a presença de água.
O aumento na concentração de água é o principal fator de causa dos escorregamentos. Esses
movimentos de massa ocorrem em virtude da diminuição da resistência do solo (crescimento de
poro-pressão, diminuição da sucção, intempestivos), ou pelo aumento das tensões cisalhantes,
decorrentes da mudança da forma do maciço, com a execução de cortes e aterros.
A estabilidade de taludes deve ser verificada com frequência, de modo a diminuir a probabilidade
de ocorrência de movimentos que venham a causar danos. Existe um fator de segurança que
possibilita a análise da estabilidade dos taludes, em taludes que sofreram escorregamento o fator é
igual a 1. Esse fator varia com o tempo, em virtude das condições climáticas, morfológicas e da ação
humana.
O modelo do talude infinito é o mais simples para análise do fator de segurança. O talude infinito é
constituído por uma camada de solo com espessura constante, estendendo-se infinitamente na
direção da gravidade, perpendicular na direção lateral, conforme pode ser verificado na Figura 2.
Esse fator pode ser obtido através da equação:
Figura 1 – Movimento de terra rotacional e translacional
Fonte: Gonçalves et al. (2014, p. 20).
SAIBA MAIS
Os tipos de escorregamentos podem ser diferenciados de acordo com a bibliografia
consultada. Massad (2010), por exemplo, classifica os escorregamentos de encostas em
rastejos, escorregamentos verdadeiros, deslizamento de tálus, deslocamento de bloco de
rochas e avalanches de erosão violenta.
SAIBA MAIS
Poro pressão é a pressão que os fluidos exercem dentro dos poros dos solos. Quando um
fluido é submetido ao carregamento, ele reage de forma igual em todas as direções,
desenvolvendo tensões.
Sendo:
c = coesão.
γ= peso específico.
H= profundidade da camada.
ϕ= ângulo de atrito.
μ= poro de pressão.
α= inclinação do talude.
Como já afirmado, a água exerce grande influência na instabilidade dos taludes. No caso de solo
seco (μ= 0) e material não coesivo (c = 0), a equação é simplificada, ficando:
Quando há o fluxo de água, sendo o fluxo paralelo ao talude, a pressão nos poros (poro pressão) é
dada pela equação:
Sendo:
μ= poro pressão.
γ= peso específico da água, 10 kN/m³.
α= inclinação do talude.
H = inclinação do talude.
F   =
c + (γHcos2α − μ)tgϕ
γHsenαcosα
Figura 2 – Modelo de talude infinito
Fonte: Gonçalves et al. (2014, p. 40).
F =
tgϕ
tgα
μ = γHcos2α
Caso o fluxo de água seja vertical, as equipotenciais serão horizontais. Assim, não ocorre a geração
de poro pressão (μ= 0). Porém, se o fluxo de água for horizontal em relação à pressão de água, será
igual à altura de água no talude, respeitando a equação:
O método do equilíbrio limite é utilizado para o cálculo de estabilidade para casos de
escorregamento rotacional. Nesse caso, admite-se uma superfície circular com centro fora do
talude e um determinado raio.
Aterros
De acordo com o Departamento Nacional de Infraestrutura de Transportes (DNIT) (BRASIL, 2009),
os aterros são áreas que recebem materiais provenientes de cortes e/ou de empréstimos. Pode-se
considerar também os aterros como a disposição de material terroso em determinada localidade,
para que ocorra o aumento da cota da superfície do terreno, ou, ainda, para que aumente a área não
submersa de um local. A execução de aterros pode estar presente em construção de ferrovias,
rodovias, edificações, aumento de faixa de areia em praias etc.
Para a implantação de um aterro, primeiramente se deve proceder à preparação do terreno que
receberá o material terroso, com o desmatamento, destocamento, limpeza da área e retirada da
camada vegetal. Após o preparo da área, deve-se proceder uma investigação geotécnica da área,
para conhecer as características do terreno que irá receber o aterro. Informações sobre o subsolo
ao longo das áreas de interesses, assim como das características e dos parâmetros de
compressibilidade e resistência ao cisalhamento das camadas de solos, são fundamentais.
Em seguida, é preciso que se verifique qual será o material que irá preencher o aterro, devendo-se
dar preferência para materiais argilosos, pois possuem maior poder de compressibilidade e quando
secos se tornam rígidos. Após a definição do material a ser utilizado, procede-se a deposição e
compactação, até atingir o nível adequado para o projeto.
Compactação
A compactação é um processo fundamental para a estabilidade do aterro. Trata-se de uma
operação realizada por processo manual ou mecanizado, destinado a diminuir o volume dos vazios
de um solo ou outro material, com o intuito de aumentar a massa específica, resistência e
estabilidade (BRASIL, 2009). O processo de compactação é utilizado com o intuito de melhorar o
comportamento hidromecânico do solo (SIVRIKAYA et al., 2013) e de evitar problemas futuros,
como o recalque excessivo.
Figura 3 – Modelo de talude com fluxo de água paralelo ao talude
Fonte: Gonçalves et al. (2014, p. 20).
μ = γH
Após a definição da área de empréstimo, onde será coletado o material que irá compor o aterro,
acontecem a escavação, coleta, transporte e deposição do material. O solo é espalhado, para que
haja homogeneização na umidade de interesse.
A compactação é realizada em camadas, com uma altura média de 25 cm, que leva em consideração
a utilidade do aterro. A altura das camadas, o grau de compactação mínimo e o desvio de umidade
máximo estão vinculados aos equipamentos que estarão sobre o aterro, por exemplo um aterro sob
um prédio de doze andares tem parâmetros diferentes de um aterro de uma rodovia.
O grau de compactação (GC) diz respeito à relação entre o peso específico seco de campo (γcamp) e
o peso específico seco máximo obtido em laboratório (γmax), sendo:
A compactação pode ser realizada com a utilização de diversos equipamentos, divididos em
compressão ou estático, de impacto e de vibração.
Os equipamentos estáticos compactam o solo com aplicação de força na superfície, com as tensões
provenientes do rolo diminuindo de acordo com a profundidade. Isso torna limitado o poder de
compressão desses equipamentos, limitado à grossura da camada. Para que seja garantida a
eficiência desses equipamentos, deve-se utilizá-los em velocidade baixa. São exemplos de
equipamentos compactadores estáticos:
Rolo pé de carneiro: consiste em um tambor com pinos, os quais são cravadas no solo, promovendo
a compactação superficial da camada. A utilização do pé de carneiro é recomendável para a
utilização de solos argilosos. Esse equipamento tem a vantagem de necessitar de menos aplicações
na mesma área e possuir melhor aderência entre as camadas, se comparado com o rolo pneumático,
porém não permite uma boa uniformidade ao se tratar de umidade e peso específico.
 
GC  =
γcamp
γmax
ATENÇÃO
O rolo pé de carneiro é recomendado para a compactação de solos finos, e o seu efeito é
positivo para camadas de até 30 cmde profundidade.
Rolo pneumático: máquina composta por dois eixos de pneus que transferem a força de seu peso
para o solo, promovendo a compactação. Esse equipamento não favorece a aderência entre as
camadas, pois os pneus deixam a superfície lisa.
Os equipamentos compactadores de impacto podem ser simples, de pequenas proporções, ou
complexos. Um exemplo de equipamento de impacto simples são os compactadores manuais,
geralmente utilizados em obras de pequeno porte, onde um trabalhador realiza golpes no solo, com
o intuito de compactar pequenas áreas e camadas estreitas. Já os equipamentos de grande porte
podem ser representados pela utilização de guindastes, onde ocorre o erguimento de um
estruturas e posterior soltura, com a queda livre o material colide com o solo, procedendo a
compactação, esse tipo de compactação é pouco utilizado.
Os equipamentos de compactação vibratórios são utilizados para a compactação de materiais
granulares, como areia e pedregulhos. O rolo liso vibratório é o mais comum.
Figura 4 – Rolo compactador tipo pé de carneiro
Fonte: ARTIT THONGCHUEA / 123RF.
Figura 5 – Rolo liso vibratório
Fonte: Pramote Polyamate / 123RF.
ATENÇÃO
O tipo de solo a ser compactado condiciona o tipo de rolo e a intensidade da vibração, por
exemplo rolos pesados e com vibração lenta são usados para compactar pedregulho. Já rolos
leves e com vibração mais intensa são utilizados para compactar solos arenosos.
A necessidade do homem em ocupar novos espaços fomentou o surgimento de um conjunto
de técnicas que permitem o trabalho com os materiais terrosos. As obras de terra permitiram
que a sociedade conseguisse executar edificações em locais antes não pensados. Com base no
seu conhecimento sobre os muros de arrimo, assinale a alternativa correta:
Os muros de arrimo de gravidade são estruturas que dependem do seu próprio peso
para manterem a estabilidade, geralmente edificados em alvenaria de pedras
argamassadas, concreto simples ou ciclópico ou de gabiões.
Alternativa correta. Geralmente, são construídos de alvenaria de pedras
argamassadas, de concreto simples ou ciclópico, ou de gabiões. Depende do seu
peso para manter a estabilidade, tal que suas dimensões são escolhidas de forma a
não se desenvolverem tensões de tração em nenhuma seção ou posição interna da
estrutura.
As características físicas do solo a montante não são relevantes para o
dimensionamento do muro de arrimo, pois o que realmente importa é o volume de
material a montante.
Alternativa incorreta. As características físicas do solo são de muita relevância
para o dimensionamento do solo, pois influenciam no comportamento da massa
terrosa.
As estruturas conhecidas como Crib Walls se caracterizam por serem muros de
gravidade construídos com blocos feitos de pedras colocadas dentro de gaiolas de
telas metálicas de aços especiais.
Alternativa incorreta. Os Crib Walls são muros de gravidade edificados a partir de
vigas pré-fabricadas de concreto armado ou de madeira que são dispostas de forma
de fogueira, tal que seus espaços internos são preenchidos com aterro compactado
em camadas ou com enrocamento, funcionando como um todo.
Os muros de arrimo são estruturas de proteção temporária, para permitir a
construção de obras enterradas, com a presença de um talude.
Alternativa incorreta. As estruturas de arrimo podem ser temporárias, visando
somente permitir a construção de uma estrutura enterrada, sendo implantadas
antes da escavação do terreno, ou permanentes, caso dos muros de arrimo,
estações subterrâneas, metrôs de subsuperfície, entre outros, cuja escavação é
feita inicialmente ou após a construção da estrutura, seguida do reaterro.
ATIVIDADE DE APRENDIZAGEM
A estrutura conhecida como terra armada corresponde a paredes ininterruptas de
concreto armado que são concretadas em painéis antes do começo da escavação.
Alternativa incorreta. O conceito apresentado diz respeito a paredes diafragma
rígidas. A terra armada é um material que conjuga o solo e uma armadura de tração
por meio de um mecanismo de atrito, que gera uma pseudo-coesão que garante a
estabilidade do maciço.
As obras de terra são estruturas de grande importância, pois possibilitam a estabilidade de
áreas suscetíveis aos deslizamentos, como os muros de arrimo e a contenção de encostas. A
respeito dessas estruturas e dos movimentos de massa, pode-se afirmar:
A estabilização dos aterros só é possível através do processo de compactação, seja de
forma manual, seja mecanizada, que visa diminuir o volume de vazio do solo, para o
aumento da massa específica, resistência e estabilidade.
Alternativa correta.  A compactação é um processo fundamental para a
estabilidade do aterro. Trata-se de uma operação realizada por processo manual ou
mecanizado, destinado a diminuir o volume dos vazios de um solo ou outro
material, com o intuito de aumentar a massa específica, resistência e estabilidade.
Os escorregamentos não guardam relação com o aumento da concentração de água no
solo, e a causa de ocorrência desses fenômenos é a inclinação das vertentes e a
ocupação desordenada.
Alternativa incorreta. O aumento na concentração de água é o principal fator de
causa dos escorregamentos.
Os rastejos são movimentos de massa que estão vinculados a grandes desastres
naturais, em decorrência da alta velocidade que a massa assume ao descer as encostas.
Alternativa incorreta. Os rastejos são movimentos que não estão relacionados a
grandes desastres, apenas danificam estruturas edificadas sobre a massa em
movimentação, pois são movimentos lentos e contínuos, acelerados com a presença
de água.
A altura e a profundidade das camadas de um aterro são as mesmas para todo tipo de
obra que necessita dessa estrutura.
Alternativa incorreta. A altura das camadas, o grau de compactação mínimo e o
desvio de umidade máximo estão vinculados aos equipamentos que estarão sobre o
aterro, por exemplo um aterro sob um prédio de doze andares tem parâmetros
diferentes de um aterro de uma rodovia.
Os equipamentos de compactação estáticos agem através aplicação de força na
superfície, o que os torna mais eficientes do que os equipamentos de compactação de
impacto e de vibração.
ATIVIDADE DE APRENDIZAGEM
Fechamento
Nesta aula, conhecemos um pouco mais sobre as obras de terra, como as estruturas de contenção,
que são fundamentais para garantir a segurança no momento de execução de obras em terrenos
com declividade e que podem garantir também a estabilidade de taludes. Conhecemos os fatores
que atuam na perda da estabilidade de taludes, como ocorre o seu rompimento e o deslizamento de
terra e quais os tipos mais comuns de movimentos de massa.
Além disso, estudamos os aterros e os processos de compactação, conhecendo como é calculado o
grau de compactação do solo de um aterro e os equipamentos que são utilizados durante a
compactação.
O conteúdo abordado nesta unidade nos dá a dimensão da importância dos muros de contenção,
que são recursos que podem ser utilizados desde a construção de uma casa até para a contenção de
uma encosta em desequilíbrio. Além disso, só conhecendo como os escorregamentos ocorrem é
que será possível projetar obras que sejam seguras.
Nesta aula, você teve a oportunidade de:
reconhecer e diferenciar as principais estruturas de contenção;
aprender sobre a estabilidade de taludes e os tipos de movimentos de massa;
conhecer os aterros e quais os métodos de compactação que podem ser aplicados.
Alternativa incorreta. Os equipamentos estáticos compactam o solo com aplicação
de força na superfície, com as tensões provenientes do rolo diminuindo de acordo
com a profundidade. Isso torna limitado o poder de compressão desses
equipamentos, limitado à grossura da camada.
Unidade 04
Aula 05
Obras Subterrâneas
Introdução
A construção de obras subterrâneas é praticada desde a Antiguidade, e essas são cada vez mais
necessárias nos dias atuais, pois as superfícies estão saturadas pelas ocupações humanas eo fluxo
de pessoas e produtos torna-se cada vez mais complexo.
As construções subterrâneas crescem à medida que se torna cada vez mais proeminente a
necessidade de transporte. O emprego de obras subterrâneas no saneamento básico, na
distribuição de gás, no transporte de pessoas e mercadorias, na distribuição de energia elétrica e
dos sinais dos meios de comunicação reduz a ocupação dos espaços de superfície e minimiza os
impactos gerados no momento das obras.
O dimensionamento de uma obra subterrânea requer conhecimento das características geológicas
do maciço rochoso e o acompanhamento da obra desde o momento de projeção até a conclusão,
tendo em vista que a dificuldade de caracterização do subsolo torna, em muitos casos, necessária a
adaptação do projeto frente às condições geológicas e geotécnicas do maciço.
Diante disso, o conhecimento dos tipos de obras subterrâneas e os métodos utilizados na
escavação é fundamental para processos de construção mais seguros e econômicos, respeitando as
características geológicas e mecânicas dos maciços rochosos.
Ao final desta aula, você será capaz de:
conhecer o planejamento aplicado a obras subterrâneas;
reconhecer a importância da geologia para as obras subterrâneas;
diferenciar os métodos de escavação em obras subterrâneas.
Planejamento e Execução de Obras Subterrâneas
Desde a Antiguidade, os homens buscavam construir obras que pudessem responder às suas
necessidades. Os persas, no século IX a.C., exploravam nascentes de água existentes no sopé de
uma cadeia montanhosa, escavando túneis com inclinações suaves. Os relatos de túneis para
conduzir água também são reconhecidas na Grécia do século VI a.C., com a citação de um túnel com
cerca de 1000 m de comprimento (MOREIRA, 2006, p. 93).
A escolha pela implementação de uma obra subterrânea parte, primordialmente, da procura por
satisfazer as necessidades funcionais da população de uma determinada área. A construção de
grandes túneis, por exemplo, tem por objetivo facilitar o transporte de pessoas e produtos entre
áreas. Assim, é para responder às necessidades humanas que são traçados os locais para
implantação das obras subterrâneas.
Para que a construção mostre-se viável, quanto à segurança e aos custos da obra, parte-se para a
investigação do subsolo, buscando-se verificar se o traçado pré-determinado possui condições
favoráveis à implementação da obra. Assim, é necessária a caracterização geológica e geotécnica do
maciço rochoso ao longo do traçado da obra. A observação de imagens aéreas, com a consulta das
feições do relevo e a consulta de cartas geológicas, pode ser um ponto de partida para identificar
algumas características dos maciços.
Segundo Plasencia (2003), além da observação das cartas geológicas e de fotografias aéreas, é
possível a elaboração de cartas geotécnicas, que informe ao engenheiro de execução da obra a
estabilidade e a resistência das formações geológicas ao longo do traçado da obra. A investigação
de gabinete deve ser combinada com a investigação de campo, em que se deve reconhecer os
afloramentos e suas características.
Em obras subterrâneas pouco profundas, é importante identificar os alinhamentos estruturais, as
descontinuidades e a meteorização do maciço. Em túneis profundos, é fundamental a
compartimentação do maciço, identificando as estruturas geológicas presentes (PLASENCIA,
2003).
FATOS E DADOS
Um dos túneis mais notáveis da história foi o Seikan, construído no Japão. Com a morte de
milhares de pessoas devido à passagem de um tufão que atingiu ferry boats no Estreito
Tsugaru, o governo japonês decidiu construir um túnel para tornar a travessia mais segura. A
construção subaquática do túnel se iniciou em 1964, sendo considerada um dos maiores
feitos da engenharia do século XX.
Fonte: Moreira (2006, p. 98).
Após a investigação de superfície, parte-se para a investigação do subsolo, com trabalhos de
prospecção geofísicos ou sondagens mecânicas, com a coleta de amostras para a caracterização em
laboratório. A partir dos dados obtidos com a investigação do subsolo, é possível avaliar a
estabilidade do maciço rochoso e dimensionar as estruturas que deverão ser utilizadas para a
implementação da obra.
No Quadro 1, são apresentados os principais métodos de prospecção do subsolo, quais as
dificuldades de aplicação e como podem ser utilizados para caracterizar os maciços em meios
urbanos e não urbanos.
Métodos de prospecção Obras urbanas Pouco profundas Obras não urbanas Muito profundas
Formações predominantes Solos ou maciço com comportamento de solo Maciço rochoso com descontinuidades
      Geofísico por métodos sísmicos
Prospecção dificultada pela malha urbana
(infraestruturas). É mais proveitosa quando
utilizada entre furos, possibilitando obter
parâmetros geomecânicos. O método de
refração oferece melhores resultados do que a
reflexão.
Prospecção dificultada pela cobertura vegetal.
É proveitosa e pode ser aplicada antes da
prospecção mecânica, para apoiar o seu
dimensionamento. Os métodos de reflexão
possibilitam a prospecção em grandes
profundidades.
          Sondagens e poços
  São adequados principalmente nos
emboquilhamentos. A localização das
sondagens pode ser dificultada pela malha
urbana. Pode ser de interesse o uso da técnica
de sondagens direcionadas.
O acesso das sondas pode ser dificultado em
alguns locais. É dispendioso prospectar até as
cotas de implantação da obra. A sondagem em
avanço (a partir das frentes de escavações)
contorna essa dificuldade. Pode ser de interesse
o uso da técnica de sondagens direcionadas.
  Galerias de reconhecimento
Não é frequente o uso, a não ser em avanço
nos túneis.
São realizadas para prospecção em cavernas,
mas só é possível a sua realização após
execução de túneis de acesso.
Quadro 1 – Comparação entre os métodos de prospecção em meios urbanos e não urbanos
Fonte: Adaptado de Plasencia (2003, p. 205).
Obtidas as informações sobre os maciços rochosos, com o levantamento de informações prévias a
partir das cartas geológicas, das fotografias áreas do relevo, das investigações de campo e da
prospecção do subsolo, é possível conhecer o material sobre o qual se deseja executar uma obra,
tornando-a mais segura e com menor custo de execução.
Reconhecimento da Geologia e a sua
Influência em Obras Subterrâneas
A implantação de uma obra subterrânea deve prever em seu projeto uma investigação detalhada do
subsolo que inclui o reconhecimento da geologia da área onde a obra será instalada, que se
constitui na fase mais importante do projeto. Apesar de as obras subterrâneas serem governadas
pelos interesses econômicos de sua implementação, é a partir das investigações geológicas que
será definida a sua viabilidade.
O reconhecimento da geologia de uma área, como dito anteriormente, ocorre em fases distintas,
desde o reconhecimento de campo até os ensaios realizados em laboratório. Chiossi (1975, p. 361)
aponta quais os principais objetivos da exploração geológica:
determinar os tipos de rochas e suas estruturas;
determinar propriedades físicas, químicas e mecânicas das rochas;
determinar o tipo de cobertura e a sua espessura;
determinar as condições hidrológicas.
Além da geologia, deve-se reconhecer as propriedades hidrogeológicas de um maciço. A presença
de água influencia nas pressões e na construção do túnel, sendo recomendada a implementação da
obra acima do nível d’água ou a aplicação de técnicas que retirem a água da obra.
O conhecimento das propriedades mecânicas de um maciço rochoso facilita a definição das
estruturas de suportes necessárias na construção de uma obra subterrânea. A escavação de um
túnel, por exemplo, retira o equilíbrio do maciço e promove a reordenação das tensões existentes.
Se o maciço for capaz de suportar as tensões advindas da escavação, não é necessário o uso de
estruturas de suporte, entretanto, se o maciço não for capaz de suportar as tensões de deformação,
é necessária a definição de estruturasde suporte adequadas para conter as tensões.
Métodos de Escavação de Túneis
A classificação dos métodos construtivos de túneis se diferencia. Os túneis podem ser divididos em
categorias como a vala recoberta, os minitúneis, a escavação sequencial, a escavação mecanizada
por meio de tuneladora e por uso de explosivos. Nesta aula, será adotada uma classificação que
agrupa a construção dos túneis em mecanizados e não mecanizados, conforme proposto por
Travagin (2012), e a classificação descrita por Chiossi (1975), que diferencia os métodos de
escavação para materiais duros e moles.
Os métodos mecanizados e não mecanizados se diferenciam em relação ao índice de mecanização
adotado e podem ser classificados em outros níveis, conforme disposto no Quadro 2.
  com tuneladora -
Túneis mecanizados por cravação de tubos -
  vala recoberta método direto
Túneis não mecanizados   método invertido
  escavação sequencial por desmonte de rocha
    por escavação de solo
Quadro 2 – Grupos e subgrupos dos métodos utilizados na escavação de túneis
Fonte: Adaptado de Travagin (2012, p. 40).
Assim, os túneis mecanizados podem ser construídos pela tuneladora ou pela cravação de tubos e
os túneis não mecanizados são construídas a partir da vala recoberta utilizando o método direto e
invertido e pela escavação sequencial com desmonte de rocha ou escavação de solo.
Métodos Mecanizados
A construção de túneis com a aplicação da mecanização pode ser diferenciada em mecanização
com tuneladora e pela cravação de tubos. A tuneladora, conhecida internacionalmente como
Tunneling Boring Machine (TBM) e popularmente como tatuzão, foi um grande avanço nas técnicas
utilizadas para escavação.
As TBMs são máquinas metálicas com seções idênticas àquelas que serão escavadas e são um
suporte temporário do túnel, com a posterior instalação do suporte definitivo. Para a escavação, a
máquina desloca-se ao longo do túnel, executando a sua construção (MOREIRA, 2006).
Segundo a National Highway Institute (NHI, 2009), a aplicação de máquinas tuneladoras na
escavação de rochas surge como uma inovação eficiente a partir do final da década de 1960,
quando é introduzido um cortador de disco na máquina, até então não utilizado. Esse cortador de
disco promove o cisalhamento das rochas e a sua quebra em lascas, aumentando a eficiência deste
método (Figura 1).
As máquinas tuneladoras são classificadas em diferentes tipos, de acordo com o tipo de material a
ser escavado (solos ou rochas). Entre os tipos mais utilizados na escavação de solos, estão a slurry
shield, earth pressure balance, Escavação mecânica e a shield. Na escavação de rochas, são utilizadas
a shield e a gripper.
 
De modo geral, a construção de túneis utilizando as TBMs caracteriza-se pela escavação da face do
túnel, com geometria circular, seguida pela execução do revestimento do túnel. O revestimento
pode ser feito com segmentos de concreto pré-moldados, ou em concreto projetado, dependendo
da técnica utilizada na escavação (TRAVAGIN, 2012).
Figura 1 – Máquina tuneladora utilizada na escavação de um túnel
Fonte: radututa / 123RF.
SAIBA MAIS
O termo “shield” é muito utilizado na construção de túneis e pode ser traduzido como
couraça ou escudo. O shield é utilizado como uma estrutura de suporte temporário na frente
de escavação, para dar estabilidade às paredes da escavação enquanto o suporte definitivo
não é construído.
Entre as vantagens de utilização das tuneladoras, estão a segurança da obra, formação de
superfícies mais regulares e de melhor qualidade, a rapidez da escavação e a redução das sobre-
escavações, entre outras (SILVA, 2007).
Já a escavação por cravação de tubos, também conhecida como pipe jacking, prevê a instalação de
tubos de concreto no solo, por meio da cravação estática ou dinâmica. É um método antigo que vem
incorporando novas tecnologias e tem se transformado numa alternativa interessante para a
execução de obras subterrâneas.
Esse método caracteriza-se pela cravação de tubos no subsolo, onde podem ser empregados
métodos distintos na sua execução, como os métodos tripulados ou não tripulados e a escavação
manual ou mecanizada (DROSEMEYER, 2004).
Nos métodos tripulados, são necessários trabalhadores quando se utiliza de escavação manual ou
para a operação do equipamento na execução do túnel. Nos métodos não tripulados, não há a
necessidade de mão de obra humana em acesso direto ao túnel. Nos métodos não tripulados, pode-
se distinguir os não dirigíveis e os dirigíveis, em que no primeiro é permitida a construção de túneis
em curvas e no segundo emprega somente traçados retos.
Segundo Drosemeyer (2004), as maiores aplicações do pipe jacking ocorrem na instalação de
coletores de esgoto e sistemas de drenagem, canalização de gás, distribuição de água, oleodutos,
instalação de cabos elétricos e de telecomunicações.
Métodos não Mecanizados
Os métodos não mecanizados podem ser diferenciados por vala recoberta pelo método direto e
indireto e por escavação sequencial por desmonte de rocha e por escavação de solo.
A vala recoberta pelo método direto, também conhecida como cut and cover de baixo para cima
(bottom-up), consiste em abrir uma vala ao longo da linha que se deseja instalar o túnel, construir as
estruturas necessárias e posteriormente cobrir a escavação com material de aterro, recuperando a
superfície (Figura 2) (NHI, 2009).
Figura 2 – Método de construção cut and cover, de baixo para cima (bottom-up)
Fonte: Federal Highway Administration – National Highway Institute (NHI, 2009, p. 5-2).
VÍDEO
Olá, estudante! Para assistir a esse vídeo, acesse a versão web do seu material didático.
A vala pode ser construída com o talude inclinado, sem a utilização de suportes para o escoramento,
sendo o método com menor custo e maior agilidade, ou pode-se utilizar paredes verticais com a
aplicação de sistemas de suporte, como as paredes de estacas metálicas, paredes-diafragmas e
estacas justapostas, entre outros.
As principais vantagens do método cut and cover de baixo para cima são (NHI, 2009, p. 5-3):
- Técnicas de construção convencionais, facilmente compreendidas pelo construtor;
- A impermeabilização pode ser aplicada na parte externa da estrutura;
- O interior da escavação é de fácil acesso aos equipamentos de construção e a entrega,
armazenamento e colocação de materiais;
- Podem ser instalados sistemas de drenagem fora da estrutura.
A vala recoberta pelo método invertido (top down) consiste na mesma aplicação do método direto,
entretanto a sequência de construção do túnel é diferente, iniciando-se de cima para baixo.
Primeiramente, faz-se um suporte de escavação, que são as paredes do túnel, depois é construído o
teto do túnel, com a superfície sendo recuperada antes do término da construção. A continuação da
construção ocorre sob a proteção da laje superior, onde é finalizada a escavação e é feito o piso do
túnel (Figura 3).
Entre as vantagens apontadas para o método top down, comparado ao bottom-up, destacam-se
(NHI, 2009):
permitir uma restauração rápida da superfície do solo;
Figura 3 – Método de construção cut and cover, de cima para baixo (top down)
Fonte: Federal Highway Administration - National Highway Institute (NHI, 2009, p. 5-2).
SAIBA MAIS
As paredes-diafragma são reconhecidas também como método de Milão. Elas consistem em
valas construídas com líquido tixotrópico. Após a conclusão da vala, colocam-se as estruturas
e realiza-se a concretagem. A ascensão do concreto facilita a retirada do material tixotrópico,
que pode ser utilizado na próxima vala. Essa técnica foi utilizada na construção de alguns
trechos do metrô de São Paulo.
Fonte: Chiossi (1975, p. 374).
o suporte temporário das paredes da escavação é utilizado como estruturas permanentes;
requer menor área de construção;
construção mais fácil do teto do túnel;
Conhecidos os métodos que utilizam a vala recoberta, conheceremos agora o sequencial por
escavação de solo e por desmonte de rocha. Aconstrução sequencial por escavação de solo é
conhecida internacionalmente como New Austrian Tunneling Method (NATM), desenvolvida no final
da década de 1950 pelo austríaco Landislau Rabcewicz.
O NATM tem como princípio fundamental a estabilização pelo alívio de tensões, em que o solo em
volta do túnel pode ser utilizado como parte do sistema de suporte do túnel, considerando que
inicialmente o solo atua como elemento de carga, mas se constitui em sistema de suporte com o
tempo. A aplicação de um revestimento de concreto projetado logo após a escavação impede a
acomodação excessiva das camadas de solo, minimizando o esforço que o solo exerce sobre a
estrutura, agindo como um sistema de suporte.
O concreto projetado pode ser aplicado em duas camadas, podendo ser instalados elementos de
drenagem ou impermeabilização (Figura 4). A sustentação do túnel pode ser melhorada com a
aplicação de elementos estruturais, como as cambotas metálicas e as ancoragens, que objetivam
minimizar as deformações do maciço ou prevenir rupturas.
O método sequencial por desmonte de rocha baseia-se no uso de explosivos para o desmonte do
material e a posterior construção do túnel. Primeiramente, são realizadas perfurações nos maciços
rochosos, onde são aplicados explosivos utilizados no desmonte do material. O material solto é
transportado para fora do buraco e o avanço da escavação se dá por explosões sequenciais do
material e a sua retirada.
A perfuração das rochas para aplicação de explosivos pode ser realizado por equipamentos
distintos, que são escolhidos de acordo com (CHIOSSI, 1975, p. 368):
Figura 4 – Aplicação de concreto projetado em abertura túnel utilizando o método NATM
Fonte: Desmoldante… (on-line).
ATENÇÃO
É importante entender que a vala recoberta, denominada de cut and cover, utiliza como
método o bottom-up e o top down, que se diferenciam pela sequência de construção.
natureza topográfica do terreno;
profundidade dos furos;
dureza da rocha;
grau de fraturamento da rocha;
dimensões da obra;
disponibilidade de água para perfuração.
O NATM também é aplicável ao desmonte da rocha com explosivos, onde utiliza-se o próprio
maciço como elemento de suporte, como descrito anteriormente.
Além dos métodos descritos ao longo desta aula, existem muitas outras variações. Para tanto, o
nosso enfoque foi sobre os métodos mais utilizados na atualidade.
SAIBA MAIS
Qual o melhor método para construir um túnel? Como vimos, o melhor método é aquele que
considera as características geotécnicas do material a ser escavado, possui menor custo de
execução, minimiza os impactos negativos à população envolvida e oferece segurança para a
população e para os trabalhadores da obra. Portanto, o melhor método é avaliado caso a caso
e não existe um modelo universal a ser aplicado, cabendo ao responsável técnico conhecer os
métodos e escolher qual é o mais eficiente, respeitando os itens citados acima.
O método de escavação não mecanizado pode aplicar diferentes técnicas na escavação de
obras subterrâneas. Sobre esses métodos, assinale a alternativa correta.
O NATM utiliza o próprio material que recobre a estrutura como parte do sistema de
suporte do túnel.
Alternativa correta. O NATM tem como princípio básico a estabilização pelo alívio
de tensões, assim o material que envolve a estrutura, seja o solo, seja rocha, pode
ser utilizado como sistema de suporte do túnel. Assim, o solo ou rocha que atua
como elemento de carga inicialmente passa a se comportar como elemento de
suporte com o tempo.
O método cut and cover bottom-up tem como principal vantagem a rápida
recomposição do solo em superfície.
Alternativa incorreta. O método cut and cover bottom-up só realiza a
recomposição da superfície após a conclusão da obra, portanto não se trata de um
método de rápida restauração da superfície.
O método cut and cover top down é a técnica mais simples de construção de túneis e
consiste em abrir uma vala, instalar a obra e cobrir a vala.
Alternativa incorreta. No método cut and cover top down, é construído primeiro o
suporte das escavações, e, em seguida, o teto do túnel, onde já é possível realizar a
recomposição da superfície. Somente após esse processo, é finalizada a escavação e
é feito o piso do túnel.
O método sequencial de desmonte de rocha aplica explosivos na superfície do maciço
para a sua fragmentação.
Alternativa incorreta. No método sequencial de desmonte de rocha são aplicados
explosivos em perfurações realizadas nos maciços rochosos.
ATIVIDADE DE APRENDIZAGEM
O NATM é aplicável somente quando o material onde será implementado o túnel seja
solo.
Alternativa incorreta. O NATM é um método cuja aplicação pode ocorrer em
túneis construídos sob solo ou rocha. O que os diferencia é a sequência de
desmonte do material de superfície.
A aplicação de métodos mecanizados tem se mostrado como uma alternativa rápida e
eficiente na construção de túneis de várias dimensões. Sobre os métodos de construção
mecanizados, assinale a alternativa correta.
O pipe jacking é aplicado com maior frequência na construção de minitúneis, utilizados
para a instalação de rede de esgoto e sistemas de drenagem, entre outros.
Alternativa correta. O pipe jacking é o método mais utilizado quando se deseja
construir túneis de menor porte, como os minitúneis, que possuem diâmetro de até
2500 mm, eles são aplicados para a instalação de dutos, como redes de esgoto e
adutoras.
O pipe jacking é frequentemente utilizado na construção dos minitúneis, com o
objetivo de instalação de coletores de esgoto, sistemas de drenagem, distribuição
de água, oleodutos e cabos elétricos para sistemas de telecomunicações, entre
outros elementos.
O método que utiliza a tuneladora prevê a cravação de tubos de concreto no solo por
meio da cravação estática ou dinâmica.
Alternativa incorreta. No método que utiliza a tuneladora para construção de
túneis, é feita a escavação com um cortador de discos, em caso de material rochoso,
com a execução simultânea do revestimento do túnel.
O pipe jacking é o método mais recente de escavação mecanizada.
Alternativa incorreta. O método pipe jacking já é antigo, entretanto absorveu
novas tecnologias que o torna mais atraente na execução de escavações de túneis.
A principal desvantagem das TBMs é o tempo para conclusão da obra que aumenta
consideravelmente comparados aos métodos manuais.
Alternativa incorreta. Uma das principais vantagens da utilização das TBMs é a
rapidez que a máquina avança no momento de escavação, tornando o seu uso muito
atrativo.
A utilização das TBMs na construção de um túnel suprime a necessidade de
revestimento do mesmo.
ATIVIDADE DE APRENDIZAGEM
Fechamento
Nesta aula, conhecemos um pouco mais sobre as obras subterrâneas e a sua importância para a
sociedade. Vimos que, desde os primórdios da nossa civilização, os homens buscam por alternativas
que possam suprir as suas necessidades, sendo a construção de  túneis um exemplo.
Aprendemos como ocorre o planejamento de uma obra subterrânea, que surge da necessidade da
população de um caminho alternativo para suprir as suas necessidades e passa para o
reconhecimento técnico da área, com a observação de cartas, mapas, reconhecimento de campo,
sondagens de prospecção e ensaios laboratoriais até a escolha do melhor método a ser utilizado.
Conhecemos os principais métodos aplicados na construção de túneis e algumas vantagens na
escolha de um método em detrimento do outro. Aprendemos que a escolha do melhor método
construtivo deve considerar as características geológicas da área, os custos para execução da obra
e o incômodo que pode gerar para a população.
Nesta aula, você teve a oportunidade de:
aprender as características geológicas que devem ser observadas na construção de obras
subterrâneas;
conhecer as etapas que envolvem o planejamento de uma obra subterrânea;
conhecer os principais métodos utilizados na construção de túneis.
Alternativa incorreta. As TBMs realizam a escavaçãodo túnel e o revestimento.
Apesar de serem mais seguras no momento da escavação, o uso de revestimento e
de estruturas de suporte não é suprimido nesta metodologia.
Assista ao webinar do Prof. Paulo Teixeira Cruz, sobre as barragens de enrocamento com face de
concreto. Nesse vídeo, o professor traz informações importantes sobre a construção desse tipo
de barragem, como podem ser utilizadas, o seu funcionamento e muitos exemplos de aplicação.
O vídeo está disponível clicando aqui.
O livro Obras de terra: curso básico de geotecnia traz os principais tipos de obras de terra, como
os aterros e as barragens de terra e enrocamento, questões técnicas sobre o tratamento de
fundações de barragens e a estabilidade dos taludes, entre outros conceitos. Além disso, ao final
de cada capítulo, o livro traz questões reflexivas, que o farão pensar sobre o conteúdo estudado
e o ajudarão na assimilação.
MASSAD, F. Obras de terra: curso básico de Geotecnia. São Paulo: Oficina de textos, 2010.
AMPLIE SEU CONHECIMENTO
https://www.youtube.com/watch?v=iellj05Y1bg
Os recentes episódios de deslizamentos de terra que ocorreram no Morro da Babilônia, no Rio
de Janeiro e tantos outros que ocorrem por todo o Brasil são o resultado das chuvas intensas e
da ocupação de áreas de risco, intervindo sobre as características naturais do local.
A aplicação de técnicas de contenção de taludes, como as conhecidas ao longo desta unidade,
poderia minimizar a ocorrência dos deslizamentos e salvaguardar a vida da população que mora
em áreas de risco.
Para ler mais sobre o deslizamento no Rio de Janeiro, acesse o link clicando aqui.
NA-PRATICA
A evolução dos métodos de construção de túneis pode ser retratada pela construção do metrô
de São Paulo. A sua construção se iniciou em 1968, com a conclusão da primeira linha em 1974,
utilizando como método construtivo principal as valas recobertas. Entretanto, mesmo nessa
época foram utilizadas as tuneladoras, sendo a primeira obra subterrânea do Brasil que utilizou
esse tipo de tecnologia.
Atualmente, a expansão da linha 6 – Laranja do metrô em São Paulo tem utilizado como método
construtivo principal as tuneladoras, minimizando os impactos construtivos e aumentando a
segurança da obra.
ESTUDO DE CASO
Vídeo
Para complementar o seu aprendizado, assista o vídeo a seguir:
ASSISTA
https://g1.globo.com/rj/rio-de-janeiro/noticia/2019/04/08/tempo-muda-no-rio-com-previsao-de-chuva-raios-e-ventos.ghtml
https://iesb.blackboard.com/bbcswebdav/institution/Ead/_disciplinas/EADG617/nova_novo/#
https://iesb.blackboard.com/bbcswebdav/institution/Ead/_disciplinas/EADG617/nova_novo/#
https://iesb.blackboard.com/bbcswebdav/institution/Ead/_disciplinas/EADG617/nova_novo/#
https://iesb.blackboard.com/bbcswebdav/institution/Ead/_disciplinas/EADG617/nova_novo/#
Unidade 04
Amplie seu conhecimento
Glossário
Carga Total de
Energia H
Soma da carga de elevação z(m) referida a uma linha previamente estabelecida mais a carga de pressão ou coluna de
água h(m) acima do ponto de interesse.
Equação de
Laplace
Equação diferencial parcial de alta relevância, pois descreve modelos de comportamentos em vários campos da
ciência, formulando-lhes as funções potencial gravitacional, elétrica, fluídica, entre outras aplicações. A teoria geral de
soluções para essa equação se conhece como teoria do potencial.
Escoamento Também chamado de ponto de plastificação, é a tensão máxima que o material suporta ainda no regime elástico
Força de
Percolação
Força de arrastre das partículas por unidade de volume do solo na direção do fluxo; sua intensidade depende da
diferença de carga hidráulica ou carga de pressão.
Gradiente
Hidráulico
Perda de energia do fluxo por unidade de comprimento na direção do fluxo devido ao atrito entre os grãos do solo.
Linhas de Fluxo Linhas que representam a rota que naturalmente seguem as partículas da água.
Linhas
Equipotenciais
Linhas que apresentam, em qualquer ponto, a mesma carga de pressão ou carga hidráulica ou coluna de água.
Rede de Fluxo Solução gráfica da equação de Laplace no campo de fluxo com condições de contorno estabelecidas.
Superfície de
Plastificação
É a envoltória que delimita o domínio elástico do material analisado, podendo coincidir com a envoltória de ruptura do
material, principalmente, nos metais.
Referências
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DAS, Braja M. Principles of Geotechnical Engineering. 8. ed. Stamford: Cengage Learning,
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Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil) – Universidade Tecnológica Federal do Paraná,
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UNIVERSIDADE FEDERAL DE VIÇOSA – UFV. Atlas Digital das Águas de Minas, [s.d.].
 Disponível em:
.
Acesso em: 28 abr. 2019.Já o método de
lavra pode ser compreendido como as formas, as técnicas que serão empregadas para a extração
dos minérios de uma jazida. A escolha do método de lavra é de grande importância para o sucesso
do empreendimento.
Conforme Macedo et al. (2001), a escolha do método de lavra pode ser classificado em duas etapas.
A primeira etapa diz respeito à análise das condições sociais, geológicas e ambientais, que servirão
como critérios para a eliminação ou adoção de técnicas de lavra. A segunda etapa busca escolher o
método com menor custo, que esteja em compatibilidade com as condições técnicas e garantam
segurança ao empreendimento e à coletividade. A definição de qual o melhor método a ser aplicado
em determinada área de mineração leva em conta no mínimo seis critérios: a geometria do
depósito, características do mineral, presença de água subterrânea ou superficial, características
geotécnicas, aspectos ambientais e condições econômicas e financeira.
A geometria do depósito restringe a utilização e alguns métodos de lavra. O mergulho do maciço é
uma característica determinante que influencia na técnica e nos equipamentos a serem utilizados.
A espessura do depósito e seu formato também devem ser levados em consideração, podendo ser
FATOS E DADOS
Para se ter noção da grandeza do mercado minerador no Brasil, em 2017 o valor da produção
das onze principais substâncias metálicas (os minerais elencados na Tabela 2) foi de
aproximadamente R$ 88,5 bilhões, cerca de 80% do valor da produção total de minérios.
Esse montante gerou R$ 1,5 bilhão de arrecadação ao estado brasileiro por meio da
Compensação Financeira pela Exploração de Recursos Minerais (CFEM).
estreitos (100 m)
(MACEDO et al. 2001).
O mineral a ser explorado é fundamental na escolha das técnicas e equipamentos utilizados. Um
mineral com alto valor agregado pode ser explorado com técnicas mais custosas, pois será viável
economicamente.
A presença de água superficial ou subterrânea está atrelada à instabilidade dos maciços. É óbvio
que em jazidas submersas, quando não há maneira de drenar a água de lagos ou rios, não serão
adotados métodos superficiais de exploração, o que resultará em técnicas mais trabalhosas e de
maior vulto econômico. Em minas com presença de água, quando possível, deve-se prover a
drenagem da água antes do início da exploração, com cautela na destinação dessa água, com vistas
a minimizar os impactos ambientais decorrentes desse esgotamento.
A geotecnia deve ser pautada no início do projeto, com vistas a manter a segurança da obra, pois,
através dos dados de permeabilidade, resistência e deformabilidade, entre outros, pode-se aferir o
comportamento da jazida quando explorada.
As características ambientais devem sempre preceder um planejamento de instalação de um
empreendimento minerador. O alto potencial de impacto ambiental da atividade mineradora obriga
a realização de diversos estudos ambientais, como o Estudo de Impacto Ambiental (EIA) e Relatório
de Impacto Ambiental (RIMA), com vistas à minimização e mitigação dos impactos negativos, o que
também influenciará no modo de exploração da jazida.
Após as considerações técnicas, deve-se avaliar o equilíbrio financeiro do empreendimento. Nada
adianta a efetivação de uma atividade que utiliza um moderno método de lavra, com alta eficiência,
sem impactar o ambiente, se a atividade não auferir lucro. O método a ser escolhido deve ser o mais
econômico possível, mas observando as especificações descritas nos parágrafos anteriores.
Diversas são as técnicas de lavra, mas basicamente se dividem em dois grandes grupos: a lavra a céu
aberto e a lavra subterrânea. O critério econômico é o que prevalece para decidir qual das duas
formas de exploração será executada. Cavalcanti (2005) apresenta três equações usadas para
decidir qual dos dois métodos a se utilizar.
1. CMs > CMca + R * Ce    nesse caso, a melhor opção é a lavra a céu aberto;
2. CMs = CMca + R * Ce  nesse caso, o critério econômico é irrelevante, pois os custos se
equivalem;
3. CMsna qualidade do minério. Esse método permite uma alta produtividade com baixo
investimento.
1. Câmaras e pilares: caracteriza-se pela boa aceitação à mecanização e tem como característica
uma grande espessura da camada explorada, que permite a instalação de equipamentos em seu
interior.
2. Subníveis: método bastante aplicado no Brasil, possibilita grande variação em sua execução.
Perfurações podem ser descendentes, ascendentes ou radiais.
3. Vertical crater retreat (VCR) (recuo por crateras verticais): método caracterizado pela
perfuração em sentido descendente. Permite a recuperação de pilares, aumentando as
recuperações na lavra.
Figura 2 – Tipos de lavra a céu aberto por bancadas
Fonte: IGM (1999, p. 30).
II – Suporte das encaixantes: método com menor produtividade, em virtude de desmonte menores,
maior número de operações conjugadas e da dificuldade própria de manuseio de minério em
recalque ou enchimento.
1. Recalque: não favorece a mecanização, em função da relação entre o tamanho dos
equipamentos de perfuração e a espessura e inclinação da camada, o que inviabiliza a operação
dos equipamentos no interior da mina.
2. Corte e enchimento: possibilita trabalhar com variação referente à continuidade e
homogeneidade da qualidade do minério, permitindo a diluição e recuperação aceitáveis.
Quando o material de preenchimento é o próprio material extraído, denomina-se
preenchimento mecânico, podendo ser realizado com ou sem cimento. Quando o material do
enchimento é o rejeito do beneficiamento, com cimento ou não, configura-se rejeito hidráulico.
II – Abatimento: predomina o abatimento em subníveis, por blocos e longwall, porém, no Brasil,
predomina o abatimento em subníveis.
1. Subníveis: perfurações ascendentes, onde o teto vai sendo abatido conforme o esgotamento
das atividades de extração das galerias.
Assim como as técnicas em céu aberto, as lavras subterrâneas dividem-se em uma grande
quantidade de diferentes técnicas. A definição da técnica a ser empregada em um empreendimento
minerador sempre deve levar em conta os aspectos socioambientais, geotécnicos e econômicos.
Figura 3 – Lavra subterrânea
Fonte: Tithi Luadthong / 123RF.
SAIBA MAIS
Como vimos nesta aula, muitos são os métodos aplicados na extração dos minerais. Você
sabe quais são os métodos mais aplicados para a extração dos agregados utilizados na
construção civil? A extração da brita é feita com a lavra a céu aberto, utilizando
principalmente explosivos, e a areia é extraída por lavra a céu aberto, desmonte hidráulico e
dragagem.
Escavações
A atividade mineradora é composta por diversas fases, sendo a escavação uma delas. Ao todo, são quatro grupos de
ações que possibilitam a definição do local a ser explorado (pesquisa mineral), a operação (desenvolvimento e operação
de lavra) e o encerramento do empreendimento minerador (recuperação da mina).
As escavações fazem parte dos processos que envolvem a operação da lavra. A operação de uma mina só acontece
graças à realização da pesquisa mineral, etapa inicial do processo que, por meio da exploração geológica, prospecção e
avaliação dos depósitos, avalia a potencialidade da área a ser explorada e verifica a existência ou não de quantidade
suficiente de minério, que justifique a exploração econômica. Após a identificação da área a ser explorada ocorre o
desenvolvimento, que pode ser entendido como o preparo da área para o início da operação, com o desmatamento da
área, o decapeamento e a abertura de vias de acesso.
A escavação pode ser entendida como o processo utilizado para romper a compacidade da rocha ou do solo, por meio do
emprego de equipamentos e processos, resultando na retirada do material. No caso das escavações com a intenção de
exploração mineral, estão envolvidos grandes volumes de massa e são realizadas por um longo período de tempo.
A definição do método de escavação e os equipamentos a serem empregados é precedida de uma análise técnica da
área, da quantidade e do tipo do material a ser removido, em função dos fatores geotécnicos e geológicos. Deve-se
considerar a presença de água, local de deposição dos materiais removidos, objetivo da escavação e custos da operação.
De acordo com a categoria do material existem três tipos de escavação: a comum, a por desagregação e a de rochas por
explosivos (REDAELLI; CERELLO, 1998).
SAIBA MAIS
O decapeamento é a remoção das rochas estéreis para que o minério seja extraído, tendo em vista que
capeamento são as rochas e os solos estéreis.
Fonte: Curi (2014).
SAIBA MAIS
Infelizmente, é durante o processo de escavação que ocorrem os acidentes em minas com maior frequência. Para
minimizar esses acidentes, o Ministério do Trabalho e Emprego (BRASIL, 2018) editou um material para orientar
os profissionais que trabalham com a segurança nesses empreendimentos, denominado Recomendação Técnica
de Procedimentos: Escavações, Fundações e Desmonte de Rochas.
Clique aqui
http://www.fundacentro.gov.br/biblioteca/recomendacao-tecnica-de-procedimento/publicacao/detalhe/2012/9/rtp-03-escavacoes-fundacoes-e-desmonte-de-rochas
A escavações comuns estão associadas a materiais de primeira categoria, ou seja, material decomposto, heterogêneo,
solos, aluviões e blocos de rocha com até 1 m³. Para essas remoções, são utilizados equipamentos com tamanho variado.
Já a escavação por desagregação é a responsável por remover materiais de maior dimensão, de segunda categoria, como
rochas sem muita rigidez, com diferentes graus de intemperismo, que necessitam ser desagregadas por equipamentos
ou ainda com a utilização de explosivos com baixa potência.
A escavação de rocha por explosivo já é a responsável por remover materiais de grandes proporções, geralmente rochas
não intemperizadas, ou pouco alteradas, pois não é possível a realização da escavação pelos métodos supracitados.
Figura 4 – Execução de escavação
Fonte: Dmitry Kalinovsky / 123RF.
As lavras podem ser compreendidas como um conjunto de operações, coordenadas, com o
intuito de aproveitar o potencial industrial de uma jazida mineral. Esse conjunto de ações
sistemáticas são divididos em dois grandes grupos, as lavras a céu aberto e as subterrâneas,
que possuem subdivisões. Com base no conteúdo sobre os métodos de lavra, analise as
afirmativas e escolha a alternativa correta.
I – A lavra a céu aberto por bancadas é o método mais aplicado no Brasil. Trata-se da
escavação de depósitos subsuperficiais e superficiais em forma de bancos.
II – A lavra do tipo câmaras e pilares possuem como característica a possibilidade de
mecanização, em virtude da grande espessura da camada explorada, que permita a instalação
de equipamentos.
III – A lavra subterrânea do tipo recalque, devido à grande magnitude das perfurações,
favorece o trabalho com máquinas em seu interior.
Somente as afirmativas I e II estão corretas.
Alternativa correta. A lavra subterrânea do tipo câmaras e pilares caracteriza-se
pela boa aceitação à mecanização e tem como característica uma grande espessura
da camada explorada, que permite a instalação de equipamentos em seu interior. O
tipo de lavra mais aplicado no Brasil é  a céu aberto por bancadas, que se
caracteriza por ser uma escavação de depósitos subsuperficiais e superficiais em
forma de bancos.
Somente a afirmativa I está correta.
Alternativa incorreta. A afirmativa II também está correta. Já a III está incorreta,
pois as lavras subterrâneas do tipo recalque não favorecem a mecanização, em
função da relação entre o tamanho dos equipamentos de perfuração e a espessura
e inclinação da camada, o que inviabiliza a operação dos equipamentos no interior
da mina.
Somente as afirmativas I e III estão corretas.
Alternativa incorreta. A assertiva III não está correta, pois as lavras subterrâneas
do tipo recalque não favorecem a mecanização, em função da relação entre o
tamanho dos equipamentos de perfuração e a espessura e inclinação da camada, o
que inviabiliza a operação dos equipamentos no interiorda mina.
Somente a afirmativa II está correta.
ATIVIDADE DE APRENDIZAGEM
Alternativa incorreta. A afirmativa I também está correta, pois o tipo de lavra mais
aplicado no Brasil é o a céu aberto por bancadas, que se caracteriza por ser uma
escavação de depósitos subsuperficiais e superficiais em forma de bancos.
Todas as afirmativas estão corretas.
Alternativa incorreta. A afirmativa III está errada, pois as lavras subterrâneas do
tipo recalque não favorecem a mecanização, em função da relação entre o tamanho
dos equipamentos de perfuração e a espessura e inclinação da camada, o que
inviabiliza a operação dos equipamentos no interior da mina.
Diversos são os métodos que permitem a exploração dos recursos minerais de uma jazida. A
escolha do tipo a ser aplicado em um empreendimento leva em consideração uma variedade
de fatores físicos, econômicos, geotécnicos e de composição do material presente na jazida.
Com base em seu conhecimento a respeitos das lavras, é correto afirmar:
O método de lavra pode ser compreendido como as formas, as técnicas que serão
empregadas para a extração dos minérios de uma jazida. A escolha do método de lavra
é de grande importância para o sucesso do empreendimento.
Alternativa correta. O método de lavra pode ser compreendido como as formas, as
técnicas que serão empregadas para a extração dos minérios de uma jazida. A
escolha do método de lavra é de grande importância para o sucesso do
empreendimento.
A literatura é unânime em conceituar lavra como o conjunto de operações que tem
como objetivo o aproveitamento industrial da jazida, desde a extração das substâncias
minerais úteis até o beneficiamento delas.
Alternativa incorreta. A Lei nº 227/1967, que institui o Código de Minas, em seu
art. 36, afirma que a lavra é o conjunto de operações coordenadas que tem como
objetivo o aproveitamento industrial da jazida, desde a extração das substâncias
minerais úteis até o beneficiamento delas, porém alguns autores não consideram o
beneficiamento como lavra, como Beal (1973).
A análise social é irrelevante para a determinação do método de lavra, bastando a
investigação geológica e geotécnica.
Alternativa incorreta. Conforme Macedo et al. (2001) a escolha do método de
lavra pode ser classificada em duas etapas. A primeira etapa diz respeito à análise
das condições sociais, geológicas, ambientais, que servirão como critérios para a
eliminação ou adoção de técnicas de lavra.
Graças aos avanços tecnológicos na área da mineração, a verificação da presença de
água, seja superficial, seja subterrânea, não é de grande importância para a
determinação do tipo de lavra a ser executado.
Alternativa incorreta. A presença de água é extremamente relevante ao se definir
qual será o método de lavra a ser utilizado em uma jazida. A presença de água
superficial ou subterrânea está atrelada à instabilidade dos maciços.
ATIVIDADE DE APRENDIZAGEM
Fechamento
Durante a aula, ficou evidente a importância da mineração para toda a comunidade, principalmente
a contemporânea, a qual cada vez mais é utilizadora de grandes obras civis, como espaços de
compra, lazer, transporte ou moradia. O fato de esses equipamentos serem, em sua maioria,
compostos por elementos provindos da mineração evidencia ainda mais a necessidade desses
elementos para a humanidade.
Além de ser fundamental para a comunidade contemporânea, esse ramo da atividade econômica se
caracteriza por sua complexidade. Até o minério ser destinado ao seu consumidor final, diversas
atividades foram realizadas, formando uma cadeia produtiva de grandes proporções, com grande
potencial para a atuação do Engenheiro Civil.
Nesta aula, você teve a oportunidade de:
diferenciar mineral de minério;
conhecer os processos que envolvem a mineração e suas particularidades;
diferenciar os tipos de lavra existentes;
conhecer os métodos de escavação.
A mineração é uma atividade pouco explorada no Brasil, o que resulta em um baixo
volume de negociações, com baixa arrecadação ao governo.
Alternativa incorreta. A mineração é um ramo de grande importância para a
economia brasileira. Para se ter noção da grandeza do mercado minerador no
Brasil, em 2017 o valor da produção das onze principais substâncias metálicas (os
minerais elencados na Tabela 2) foi de aproximadamente R$ 88,5 bilhões, cerca de
80% do valor da produção total de minérios. Esse montante gerou R$ 1,5 bilhão de
arrecadação ao estado brasileiro por meio da Compensação Financeira pela
Exploração de Recursos Minerais (CFEM).
Vídeo
Para complementar o seu aprendizado, assista o vídeo a seguir:
ASSISTA
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Unidade 04
Aula 02
Barragens de Terra e Reservatórios
Introdução
Desde tempos remotos, o homem busca alternativas para o armazenamento de água. Podemos
tomar como exemplo a antiga civilização egípcia, que, graças a um sistema de desvios e
represamento das águas do Rio Nilo durante os períodos das cheias, pôde se desenvolver.
Entretanto, apesar de ser uma atividade há muito tempo praticada, cada vez mais necessitamos de
mais água acumulada, tanto para a geração de energia elétrica quanto para abastecimento de água
ou irrigação, o que torna a construção de barragens cada vez mais complexa, em face das grandes
proporções que essas obras tomaram.
A demanda por reservatórios de água fez surgir tipos diferentes de barragens, como a barragem de
terra, objeto desta aula. Cada tipo de barragem possui suas particularidades, vantagens e
desvantagens, as quais devem ser averiguadas na fase de planejamento do empreendimento.
Com um efetivo planejamento, é possível minimizar os impactos negativos que podem afetar o
ambiente e a sociedade, fazendo com que os benefícios da construção da barragem tenham
prevalência. Porém, não basta apenas o planejamento prévio; é necessária a operação adequada,
para que não ocorram problemas estruturais que comprometam. Em face disso, é necessário o
conhecimento dos fundamentos relacionados a essas obras da engenharia.
Ao final desta aula, você será capaz de:
compreender os diferentes tipos de barragens de terra;
conhecer os elementos de uma barragem;
aprender sobre as características dos reservatórios de água.
Barragens
A água é um elemento básico para a sobrevivência dos seres vivos, sendo utilizada pelos humanos
em uma infinidade de usos. A não disponibilidade de água em determinado local, ou a necessidade
de um maior volume para executar uma certa atividade, faz surgir a demanda pelo acúmulo de água,
surgindo as barragens. Além do aumento do nível de água em uma localidade, com a formação de
lagos artificiais, as barragens podem ser executadas com outros objetivos, como o armazenamento
de resíduos de mineração.
De acordo com a Lei nº 12.334/2010, que estabelece a Política Nacional de Segurança de Barragens
(BRASIL, 2010), as barragens podem ser compreendidas como qualquer estrutura em um curso
permanente ou temporário de água para fins de contenção ou acumulação de substâncias líquidas
ou de misturas de líquidos e sólidos, compreendendo o barramento e as estruturas associadas. Já
Marangon (2004) define barragem como elemento estrutural, construído transversalmente à
direção de escoamento de um corpo hídrico, destinada à formação de um reservatório artificial de
acumulação de água.
De acordo com o conceito apresentado pela referida lei, as barragens podem ser construídas com o
intuito de barrar água, ou substâncias líquidas ou mistura de sólidos e líquidos, sendo os dois
últimos representados, principalmente, pelas barragens para acúmulo de resíduos da mineração.
Esse material terá como enfoque as barragens de acúmulo de água, as quaisestão atreladas aos
seguintes usos:
abastecimento de água para a população;
irrigação;
navegação;
controle de cheias;
geração de energia elétrica.
Apesar de o acúmulo de água trazer grandes benefícios para a sociedade, deve-se considerar os
impactos socioambientais decorrentes da construção do equipamento, assim como os possíveis
impactos causados pelo rompimento da barragem. Diversos são os impactos socioambientais de
uma obra que visa ao represamento de água, sendo a magnitude dos impactos proporcionais à área
alagada, ou seja, quanto maior o volume de água represado, mais impactos existirão sobre o
FATOS E DADOS
Atualmente, o Brasil possui 23.699 barragens outorgadas pela Agência Nacional das Águas
(ANA) (ANA, 2019), contabilizando barragens de todos os tipos de uso e tamanhos.
ambiente. Quando da fase de planejamento do empreendimento, deve-se mensurar os impactos
negativos e positivos para o ambiente e para a sociedade, com o intuito de verificar a viabilidade do
projeto.
De acordo com Costa (2012) as barragens são agrupadas em duas grandes classes: as
convencionais (de terra, de enrocamento, de concreto e mista), que são mais usadas e possuem
grande conhecimento na literatura, e as não convencionais (de gabião e de madeira), que são pouco
usadas. Esta aula terá como foco a barragem de terra, mais comum no Brasil.
De acordo com a FAO (2011), as barragens de terra são as mais comuns no mundo e são
simplesmente estruturas compactadas que dependem de sua massa para resistir ao deslizamento e
tombamento. Como o próprio nome já denota, essas barreiras que impedem que a água siga seu
curso natural são construídas com “terra”, com solos provenientes da área de instalação do
empreendimento, ou de áreas de empréstimo. Se comparadas a outros tipos de barragens, essas
estruturas apresentam vantagens e desvantagens, que podem ser visualizadas no Quadro 1.
Vantagens Desvantagens
São utilizados materiais naturais locais.
Uma barragem de terra é mais fácil de ser danificada ou destruída pela
água corrente, passando sobre ou batendo contra ela. Assim, um
descarregador/vertedor e proteção adequada a montante são essenciais
para qualquer barragem.
Os procedimentos do projecto são simples.
Projetar e construir descarregadores/vertedores adequados é
normalmente a parte tecnicamente mais difícil de qualquer trabalho de
construção de uma barragem. Qualquer local com má qualidade de
descarga não deverá ser usado.
Comparativamente, são necessários pequenos activos fixos
tangíveis.
Durante a construção, se não for adequadamente compactada, a
barragem apresentará uma integridade estrutural fraca, apresentando
pontos preferenciais de infiltração.
Os requisitos para as fundações são menos exigentes do que
para outro tipo de barragens. A base larga de uma barragem de
terra distribui a carga nas fundações.
As barragens de terra requerem manutenção contínua de forma a evitar
erosão, crescimento de árvores, sedimentação, infiltração e danos
provocados por insetos e animais.
Barragens de terra resistem ao assentamento e movimentos
melhor do que estruturas mais rígidas e podem ser mais
adequadas para áreas onde os movimentos do solo são comuns.
SAIBA MAIS
Com o intuito de minimizar os impactos causados pelas barragens, principalmente no tocante
à segurança após a execução e operação delas, o Brasil possui uma legislação específica para
o tema, a Lei nº 12.334/2010, que pode ser acessada pelo do link abaixo.
 Clique aqui
http://www.planalto.gov.br/ccivil_03/_Ato2007-2010/2010/Lei/L12334.htm
Quadro 1 – Vantagens e desvantagens da utilização de barragens de terra para acúmulo de água
Fonte: Adaptado de FAO (2011).
Os pontos positivos e negativos da utilização de barragens de terra devem ser analisados
criteriosamente quando do planejamento inicial. Os critérios técnicos, sociais, ambientais e
econômicos devem ser analisados de forma sistemática e conjunta, de forma a sopesar os pontos e
avaliar qual a saída mais viável para a solução do problema em questão, ou seja, qual a forma mais
econômica e menos impactante para a geração de energia, abastecimento, irrigação etc.
As barragens de terra podem ser de dois tipos: homogêneas ou zoneadas. As homogêneas
caracterizam-se por serem formadas por apenas uma espécie de material, excetuando-se a
proteção dos taludes. O fato de o maciço que irá barrar a passagem da água ser composto de
apenas um material torna necessário que a massa de terra seja muito impermeável, para formar
uma barreira contra a água. Já as barragens zoneadas são formadas por um núcleo central
impermeável, envolto por zonas de materiais mais permeáveis, que suportam e protegem o núcleo.
Essas zonas são formadas por areia, cascalho ou pedaços de rocha, ou uma combinação desses
materiais (zona permeável) e argilas (zona impermeável) (MARANGON, 2004).
Todo projeto de barragem deve se pautar em dois grupos de estudos: hidrológicos e os hidráulicos.
O estudo hidrológico tem o objetivo de dimensionar a barragem em função da precipitação, onde
se irá determinar a vazão máxima de cheia e o volume de armazenamento necessário à
regularização da vazão. Já o estudo hidráulico é utilizado no dimensionamento do sistema
SAIBA MAIS
Reflita um pouco sobre a importância da escolha da barragem correta. De acordo com um
levantamento realizado em 1961 na Espanha, cerca de 19% das barragens construídas já
haviam sofrido algum tipo de incidente, seja por problemas na fundação das barragens, seja
por vertedouros inadequados ou defeitos construtivos. Esses dados reiteram a necessidade
de planejar e escolher o melhor tipo de barragem aplicada ao local e ao uso que será dado a
ela.
Fonte: Massad (2010, p. 183).
SAIBA MAIS
As barragens de terra homogênea são as mais comuns no Brasil. Isso ocorre devido às
condições topográficas favoráveis e pela disponibilidade de solos para a sua construção.
Fonte: Massad (2010, p.177).
extravasor (eliminação do excesso de água e dissipador de energia, do desarenador (eliminação dos
depósitos de fundo e/ou esvaziamento do reservatório), e da tomada de água (estrutura para
captação da água represada) (ATLAS DIGITAL DAS ÁGUAS DE MINAS, [s.d.]).
Elementos de uma Barragem de Terra
Apesar de conceitualmente parecer um equipamento simples, as barragens de terra são estruturas
complexas e possuem uma diversidade de elementos que se inter-relacionam, em que a falha de
uma dessas partes que a compõem pode comprometer toda a estrutura da barragem. A seguir,
serão descritos os principais elementos de uma barragem de terra.
Aterro ou maciço: esse componente é a barragem em si, ou seja, é a estrutura que impede que o
curso d’água siga seu curso natural. É a estrutura mais importante da barragem.
Espelho-d´água: superfície de água formada pelo acúmulo, em decorrência do barramento do
corpo hídrico.
Canal extravasor: estrutura que permite o escoamento da vazão máxima.
Dissipador de energia: equipamento com a função de diminuir a energia cinética da água que é
liberada para voltar ao leito natural, com o intuito de evitar a erosão à jusante da barragem.
Núcleo: elemento executado no interior da barragem, geralmente composto de material
homogêneo com grande concentração de argila. Tem o intuito de diminuir a infiltração quando o
material de construção da barragem não é suficientemente impermeável.
Figura 1 – Vista aérea dos elementos de uma barragem de terra
Fonte: Atlas Digital das Águas de Minas, ([s.d.]).
Figura 2 – Corte dos elementos de uma barragem de Terra
Fonte: Atlas Digital das Águas de Minas, ([s.d.]).
Talude do maciço: são as faces laterais e inclinadas, paralelas ao eixo do maciço, sendo talude de
montante o lado que fica em contato com a água, e jusante o do outro lado, sem contato com a água.
O talude de montante deve ser mais inclinado que o de jusante, para permitir a maior estabilidade
do aterro, devido ao decréscimo da componente horizontal da força, que tende a empurrar o
maciço da barragem.Recomendam-se inclinações de 2,5:1 e 2:1 para os taludes de montante e jusante, respectivamente,
mas a inclinação não deve ser superior a 1:2 no lado montante e 1:1,75 no lado jusante. Quando
construídos com materiais de baixa qualidade, ou com propensão a sofrer erosão por pisoteio de
gado ou ação de ondas, devem ser menos inclinados, para se adaptarem. Quando da presença de
formigueiros, eles devem ser retirados, com a escavação do buraco e posterior preenchimento,
preferencialmente com o mesmo material que compõem o talude. Apesar de as formigas se
caracterizarem por seu tamanho diminuto, quando em grande quantidade podem provocar a
instabilidade. Os afloramentos rochosos também devem ser retirados, com explosão ou remoção e
posterior construção de uma parede-chave dentro da barragem ou no núcleo.
Crista do maciço: parte superior do maciço. Caso não existam fatores que condicionem a largura da
crista, como trânsito pesado ou outras particularidades locacionais, pode-se adotar valores
determinados por cálculo, com a utilização da fórmula empírica do The United States Bureau of
Reclamation.
Onde:
C = largura da crista da barragem (m)
H = altura da barragem (m)
Base do maciço: é a projeção dos taludes de montante e jusante e da crista sobre a superfície do
terreno. Área em que está assentado o maciço. O comprimento da base do maciço (B) pode ser
obtido através da equação:
Onde:
C = largura da crista (m).
Zm = projeção horizontal no talude a montante.
C =
H
5
+ 3
B = C + (Zm + Zj)H
ATENÇÃO
Nas barragens de terra, deve-se sempre observar a possibilidade de ocorrência de erosão,
seja no corpo da barragem ou em suas fundações. O principal processo erosivo que pode
ocorrer é o piping, em que há o carregamento das partículas do solo pela água em fluxo de
montante para jusante.
Zj = projeção horizontal no talude de jusante.
H = altura da barragem (m).
Folga ou borda livre: distância vertical entre a superfície do aterro (crista) e o nível de água.
Geralmente, é adotado o valor mínimo de 1 metro.
Fundação: estrutura instalada a seguir do maciço, construída transversalmente ao curso d’água e
no eixo da barragem. Trata-se de uma vala ou trincheira, preenchida com material terroso de boa
qualidade e compactado. Na fase inicial de execução da barragem, a realização de sondagens
permitirá a definição do perfil da seção transversal da área, que indicará a profundidade necessária
do núcleo impermeável.
Dreno: equipamentos que permitem o rebaixamento da linha de percolação (superfície freática)
dentro do aterro, para impedir que a água emerja da face jusante e ocorram fluxos erosivos, que
podem colocar em perigo a barragem. Devem ser construídos de modo que a água saia do interior
da barragem sem provocar erosão do maciço, geralmente com a utilização de areia grossa e
cascalho, com o aumento da granulometria em direção ao centro.
Desarenador: equipamento responsável por controlar o nível da represa, de forma a garantir o
escoamento da água para jusante, assim como eliminar os depósitos do fundo.
Sistema extravasor: sistema que permite o extravasamento da vazão máxima, composto pelo
vertedouro e canal extravasor, e pela proteção do local de restituição das águas ao seu leito, por
meio do dissipador de energia.
Vertedouro: estrutura que possibilita o escoamento do excesso de água da represa.
Reservatórios
Pode-se afirmar que os reservatórios são o produto das barragens. Se o objetivo das barragens é
impedir que o corpo hídrico siga seu curso natural, com o intuito de acumular água, os reservatórios
são a efetivação desse objetivo, ou seja, são o acúmulo artificial, o represamento da água, realizado
com vistas ao atendimento de uma necessidade humana (geração de energia elétrica,
abastecimento de água, irrigação etc.).
Apesar dos inúmeros benefícios que o represamento das águas gera à coletividade, é de
conhecimento público que essas obras realizadas pelo homem geram reflexos socioambientais
significativos. Seguem alguns exemplos:
1. Impactos negativos à flora e fauna presente no corpo hídrico e que tenham como habitat a área
que será alagada, em virtude da mudança no regime de vazões e do aumento da área alagada.
2. Necessidade de deslocamento da população residente na área que será alagada, fomentando
um impacto social nessas comunidades.
3. Modificação do regime de transporte de sedimentos e nutrientes a jusante, o que gera
impactos não apenas para a fauna e flora presente na área alagada, mas também aos seres a
jusante.
4. Mudanças no microclima, em função do crescimento do volume evaporado, por causa da
grande massa de água a ser acumulada pelo reservatório.
Deve-se considerar que, quanto maior a área a ser ocupada pelo volume de água do reservatório,
maior será o impacto.
Conforme relatado na aula anterior, quanto ao planejamento da instalação de reservatórios, deve-
se balancear os impactos positivos e negativos, com o intuito de verificar a viabilidade do
empreendimento. Os benefícios para a coletividade devem ser consideravelmente superiores aos
impactos negativos socioambientais, assim como deve haver viabilidade econômica para a
execução da obra.
Características Físicas
Os reservatórios, entendidos como grandes áreas que receberão o acúmulo de água provinda de
chuvas e de rios contribuintes, podem ser caracterizados a partir de suas características físicas.
Essas características levam em consideração principalmente a capacidade de armazenamento,
atreladas às condições topográficas do vale em que está implantado. Essas características estão
relacionadas a níveis e volumes, que servem de parâmetro para a operação da barragem.
Nível d’água mínimo operacional
É o nível mínimo de água necessário para a correta operação do reservatório. Geralmente, é
definido acima do limite superior da estrutura de tomada d’água (por exemplo, em hidroelétricas, na
entrada da água para a casa de força), com o intuito de evitar a entrada de ar no conduto forçado
através de vórtices.
Volume morto
O volume morto diz respeito à parte inativa do volume total do reservatório, ou indisponível para
captação de água, ou seja, é o volume de água localizado abaixo do nível d'água mínimo operacional.
Nível d’água máximo operacional
Figura 3 – Níveis e volumes de um reservatório
Fonte: Lopes e Santos (2002, p. 40).
FATOS E DADOS
No Brasil, a maior represa em área alagada está localizada em Sobradinho – BA, com 4.214
km².
O nível-d’água máximo corresponde à cota máxima permitida para que o reservatório opere
normalmente. Em geral, corresponde ao nível da crista do extravasor, ou com a borda superior das
comportas do vertedor.
Volume útil
O volume localizado entre o nível d’água mínimo operacional e o nível d’água mínimo operacional é
denominado volume útil, pois está dentro da faixa em que é permitida a operação normal do
reservatório.
Volume de espera
Também denominado volume para controle de cheias, é a parcela do volume útil destinada à
suavização de ondas de cheia, com o objetivo de atender às condicionantes de vazão a jusante. As
condicionantes estão relacionadas à capacidade do canal a jusante, que pode não ser capaz de
absorver o volume de água durante as cheias, comprometendo a infraestrutura presente a jusante
da barragem, como pontes, estradas e áreas ocupadas, entre outras.
Em virtude da sazonalidade do regime de chuvas, onde há épocas com maior volume precipitado,
conhecidas como períodos de cheia, e períodos com menor volume de precipitação, as secas, o
volume de espera varia de acordo com a época do ano. Os níveis máximo operacional e meta do
reservatório são definidos em função do volume de espera.
Nível d’água máximo maximorum
Esse nível é medido a partir do nível d’água máximo operacional e corresponde à sobrelevação
máxima do nível da água, disponível para a passagem das cheias. Essa sobrelevação consiste em
uma borda livre, também conhecida como free board, definido entre o nível da crista do vertedor eda crista do barramento que garante que as ondas formadas pela ação dos ventos não passem
sobre a barragem, fato que poderia danificar toda a barragem.
Crista do barramento
O nível da crista do barramento é definido com base na borda livre, ou seja, com base na
sobrelevação adicional ao nível d’água máximo maximorum (free board), utilizadas para prevenir
que ondas formadas por fortes ventos passem a crista da barragem, prevenindo possíveis
transbordamentos sobre a crista em condições extremas, o que garante segurança extra à
estrutura.
As barragens são estruturas de grande importância para a sociedade. Através dessas obras
grandiosas, é possível a formação de reservatórios de acumulação de água, os quais
beneficiam a comunidade com a geração de energia, abastecimento de água, irrigação etc.
Com base em seu conhecimento em barragens, pode-se considerar que é correto afirmar que:
As barragens de terra apresentam como vantagem a possibilidade de se utilizar os
materiais locais para a sua construção, além de serem projetos relativamente simples.
Alternativa correta. As barragens de terra geralmente são executadas em áreas
que tenham materiais que possam ser usados em sua execução, o que torna o
empreendimento mais econômico. Se comparadas a outros tipos de barragens, as
barragens de terra possuem projetos relativamente simples.
Em virtude dos consideráveis benefícios que o represamento das águas oferece à
sociedade, pode-se desconsiderar os impactos ambientais que esses
empreendimentos possam causar.
Alternativa incorreta. Apesar do acúmulo de água trazer grandes benefícios para a
sociedade, deve-se considerar os impactos socioambientais decorrentes da
construção desse equipamento, assim como os possíveis impactos causados pelo
rompimento da barragem.
Quando presente o núcleo em uma barragem, esse elemento é geralmente composto
por material grosseiro.
Alternativa incorreta. Elemento executado no interior da barragem, geralmente
composto de material homogêneo, com grande concentração de argila. Tem o
intuito de diminuir a infiltração, quando o material de construção da barragem não
é suficientemente impermeável.
No Brasil, as barragens são utilizadas apenas para a geração de energia elétrica.
Alternativa incorreta. As barragens podem ser utilizadas para diversos fins, como
irrigação, abastecimento de água, controle de cheias etc. Atualmente, o Brasil
possui 23.699 barragens outorgadas pela Agência Nacional das Águas (ANA) (ANA,
2019), contabilizando barragens de diversos tipos de uso e tamanhos.
O tamanho do reservatório formado pela barragem não guarda relação com os
impactos socioambientais causados pela obra.
ATIVIDADE DE APRENDIZAGEM
Alternativa incorreta. Diversos são os impactos socioambientais de uma obra que
visa ao represamento de água, sendo a magnitude dos impactos proporcionais à
área alagada, ou seja, quanto maior o volume de água represado, mais impactos
existirão sobre o ambiente.
Os reservatórios formados por barragens objetivam o acúmulo artificial, ou seja, o
represamento da água, realizado com vistas ao atendimento de uma necessidade humana. A
respeito das características físicas dos reservatórios, é correto afirmar que:
O nível de água que corresponde ao nível da crista do extravasor é conhecido como
nível d'água máximo operacional; é a cota máxima para que um reservatório opere
normalmente.
Alternativa correta. O nível de água máximo corresponde à cota máxima permitida
para que o reservatório opere normalmente. Normalmente, corresponde ao nível
da crista do extravasor, ou com a borda superior das comportas do vertedor.
O volume morto diz respeito à parte inativa do volume total do reservatório, ou
indisponível para captação de água, ou seja, é o volume de água localizado acima do
nível d’água mínimo operacional.
Alternativa incorreta. O volume morto de uma represa é o volume de água
localizado abaixo do nível d’água mínimo operacional.
O volume de água localizado entre o nível d’água mínimo operacional e o nível de água
mínimo operacional é denominado volume de espera.
Alternativa incorreta. O volume de espera é a parcela do volume útil destinada à
suavização de ondas de cheia, com o objetivo de atender às condicionantes de
vazão a jusante. Já o volume localizado entre o nível d’água mínimo operacional e o
nível d’água mínimo operacional é denominado volume útil.
O nível d’água máximo maximorum é definido pelo volume útil do reservatório, em
relação ao nível d’água máximo operacional.
Alternativa incorreta. O nível d’água máximo maximorum é medido a partir do
nível d’água máximo operacional, correspondendo à sobrelevação máxima do nível
da água, disponível para a passagem das cheias.
ATIVIDADE DE APRENDIZAGEM
Fechamento
Com base no material apresentado, é possível verificar a importância que as barragens e seus
respectivos reservatórios têm na sociedade contemporânea. Graças a esses equipamentos, é
possível armazenar grandes quantidades de água, para fins diversos, o que vem beneficiando a
humanidade a milhares de anos.
Como vimos, apesar dos grandes avanços tecnológicos, o represamento de água continua sendo
uma atividade que causa grande impacto ambiental e social, principalmente em virtude do
alagamento de grandes áreas. Cabe aos técnicos da área, com ênfase para os profissionais da
engenharia que pretendem se especializar nesse ramo, planejar obras com vistas à minimização dos
impactos negativos, supervalorizando as potencialidades positivas desse tipo de empreendimento.
Nesta aula, você teve a oportunidade de:
aprender os elementos que compõem uma barragem de terra;
saber quais os tipos de barragens de terra e suas características;
conhecer as características físicas dos reservatórios.
O free board das barragens são as áreas em que há operação livre da barragem.
Alternativa incorreta. O free board é definido entre o nível da crista do vertedor e
da crista do barramento e garante que as ondas formadas pela ação dos ventos não
passem sobre a barragem.
Unidade 04
Aula 03
Barragens de Enrocamento
Introdução
A necessidade de se acumular água acompanha a humanidade desde seu surgimento. Cada vez
mais, há o aumento na demanda de água, por conta de diversos fatores: um produto que necessita
desse elemento básico para ser produzido, mais demanda por energia elétrica e novas áreas de
cultivo que precisam de água para irrigação, entre outros.
Com a procura, surgiram novas técnicas de barrar os cursos d’água, o que promoveu um avanço nas
técnicas de construção de barragens, possibilitando um avanço nessa área da engenharia.
O tipo de barragem a ser construído leva em consideração, principalmente, os materiais
disponíveis, seja uma grande concentração de solos que favorecem a construção de barragens de
terra, seja a presença de rochas que permitem a execução de uma barragem de enrocamento, ou,
ainda, o baixo custo do concreto, que torna viável economicamente a construção de barragens com
esse tipo de material.
Enfim, para que seja escolhido o tipo correto de barragem da água, independentemente do uso que
se fará dela, é necessário conhecer os distintos dispositivos de barramento da água. Assim, esta
aula apresentará as barragens de enrocamento.
Ao final desta aula, você será capaz de:
conhecer os conceitos de barragem de enrocamento;
saber quais os tipos de barragem de enrocamento;
aprender sobre os elementos de uma barragem de enrocamento com face de concreto.
Barragens de Enrocamento
Há muito tempo, o homem utiliza as barragens como forma de armazenar água para diversos fins,
como o abastecimento de água, irrigação e geração de energia elétrica, entre outros usos. As
barragens podem ser conceituadas como um elemento estrutural, construído transversalmente à
direção de escoamento de um corpo hídrico, destinada à formação de um reservatório artificial de
acumulação de água (MARANGON 2004). Essas estruturas podem ser classificadas em barragens
de aterro (de terra oude enrocamento) e de concreto (de gravidade ou em arco). Esta aula tem
como foco as barragens de aterro de enrocamento.
Barragens de enrocamento, como o nome nos remete, é uma estrutura que tem como objetivo
barrar a água, com a formação de um reservatório (barragem), constituído por material rochoso
fragmentado com partículas pesando entre 13 kg e 19 t (enrocamento) (TERZAGHI; PECK, 1967).
Além das análises de viabilidade aplicadas a todas as barragens, que devem realizar análises
concisas dos impactos positivos e negativos, levando em consideração os aspectos sociais,
ambientais e econômicos, quando da definição em se construir uma barragem de enrocamento,
deve-se verificar se há material rochoso em quantidade e qualidade suficiente nas proximidades da
área a ser represado. De preferência, a fonte desses materiais rochosos deve estar localizada a
montante da área que receberá a obra, para facilitar o transporte e diminuir custos. Geralmente,
são utilizados 100 m³ de material rochoso para cada 130 m³ lançados no corpo da barragem. A
possibilidade de se utilizar partículas provenientes das escavações, fundações ou outras estruturas
é um fator importante a ser verificado, pois gera diminuição considerável de custo. Em suma, a
instalação de barragens é uma solução atrativa para áreas onde o custo do concreto é muito
elevado, a quantidade de solos finos para a formação de uma barragem de terra não é suficiente e
há rochas passíveis de serem utilizadas.
As rochas a serem utilizadas em uma barragem de enrocamento não podem estar intemperizadas,
devendo estar resistentes à desintegração. Materiais que, após a utilização de explosivo, se
fragmentam com facilidade em diminutos pedaços, com grande quantidade de lascas e pó, não são
apropriados para formarem grande parte da barragem. Devem ser rochas resistente às ações
químicas e físicas do intemperismo, como os gnaisses, granitos e diabásios, entre outros
(MEIRELLES, [s.d.]) .
Tipos de Barragens de Enrocamento
Em consequência do alto índice de permeabilidade do principal constituinte das barragens de
enrocamento, essas estruturas necessitam sempre de um elemento que impeça a transposição da
água. Esse elemento de vedação pode ser interno, no núcleo, ou externo, em uma das faces da
barragem. Essa característica irá definir o tipo de barragem de enrocamento, podendo ser uma
barragem de enrocamento com vedação a montante, ou barragem de enrocamento com vedação
central.
As barragens de enrocamento com vedação a montante têm como característica um aterro todo
formado por enrocamento, com o elemento impermeabilizante localizado na superfície do talude a
montante. O material de vedação geralmente é o concreto, mas também podem ser utilizados
materiais sintéticos, madeira ou betume. As executadas com face de concreto, por serem as mais
populares, serão enfatizadas na presente aula.
Já as barragens de enrocamento com vedação central possuem um núcleo com material
impermeável, geralmente composto por material argiloso. Esse tipo de barragem é bastante similar
às barragens de terra, tratado na aula 2, por isso essa aula terá como foco as com vedação a
montante.
Figura 1 – Barragem de Nurek – Tajiquistão
Fonte: Troetona / Wikimedia Commons.
Figura 2 – Barragem de enrocamento com face de concreto
Fonte: BASSO (2007, p. 4).
FATOS E DADOS
A barragem de Nurek, no Tajiquistão, é a barragem mais alta do mundo, com 304 metros de
altura, construída com enrocamento e terra, com núcleo de concreto.
Elementos das Barragens de Enrocamento
com Face de Concreto – BEFC
Fundação
Elemento instalado abaixo do maciço, do plinto e nas transições, construído transversalmente ao
curso d’água e no eixo da barragem, com a função de sustentar toda a estrutura. Nas barragens com
face de concreto, essa estrutura não necessita de um tratamento muito rigoroso, se comparado
com as barragens com núcleo. Deve-se tratar de forma mais criteriosa a fundação localizada entre o
plinto e o eixo da barragem, de preferência retirando todo o material intemperizado.
As fundações do plinto geralmente estão apoiadas em rocha dura, sã, não erodível, o que possibilita
seu tratamento com injeções, possibilitando sua consolidação. Na fundação dos aterros, quando há
a ocorrência de depósitos aluviais, esses são analisados para detectar a presença de áreas de
materiais finos (silte, areia fina e argila) que necessitam de escavação, por estarem associados à
liquefação em caso de sismo. A definição da cota de fundação deve ser realizada por um geólogo
expert no assunto, que irá pautar-se através da análise de vários furos de sondagem (CRUZ et al.,
2014).
Maciço de Enrocamento
Desconsiderando o reservatório, o maciço é o elemento de maior dimensão da barragem, é a
barragem em si, ou seja, é a estrutura que impede que o curso d’água siga seu curso natural. O
maciço de enrocamento é formado por diversas zonas, que se diferenciam em virtude das
propriedades do material.
SAIBA MAIS
O plinto é uma estrutura de concreto que se localiza na base da barragem a montante e faz a
conexão entre a base de concreto e a fundação, com a função de impermeabilização.
SAIBA MAIS
Como as barragens de terra e enrocamento podem ser construídas sobre os solos,
recomenda-se a avaliação da permeabilidade desses materiais. Caso sejam permeáveis,
existem técnicas que podem ser aplicadas nas fundações, como os diafragmas plásticos e
rígidos, que aumentam a resistência da barragem. Segundo Massad (2010, p. 200), “[...] os
diafragmas consistem na escavação de uma vala e no preenchimento com uma mistura de
solo-cimento ou concreto”.
O maciço geralmente é dividido em pelo menos duas zonas: uma zona de transição e o maciço
principal. Para que haja melhor aproveitamento dos materiais, o maciço principal é dividido em
mais zonas, que se distinguem pela granulometria e grossura das camadas. A zona principal
geralmente é composta por materiais mais finos e compactados, com espessura similar aos
materiais de transição, sendo provenientes de escavações realizadas em função do próprio
empreendimento ou de jazidas. Já as outras zonas são constituídas de material mais grosseiro, com
a presença de grandes blocos mais a jusante (FERNANDES, 2007).
A zona 1 se caracteriza por ser composta por material impermeável; trata-se de um manto de solo
compactado a montante da laje de concreto. Esse elemento do maciço tem a função de cobrir a
junta perimetral e a parte inferior da laje, impedindo a percolação de água, com a utilização de solo
impermeável, de preferência não coesivo, que preencherá  qualquer fissura de junta. A zona 1ª é
composta de areia fina e silte, utilizada entre a laje e a rocha de fundação, recoberta com a zona 1B,
composta por material de bota-fora, com o intuito de garantir a estabilidade.
A zona 2 é composta de rochas finas (com dimensão entre 7,5 e 15 cm), britas e presença de pouca
quantidade de areia e materiais finos. Essa zona está localizada abaixo da face de concreto, com
espessura diminuta. O objetivo dessa área é proporcionar um suporte uniforme e rígido para o
assentamento da laje de concreto, de modo a desenvolver uma permeabilidade baixa, com uma
granulometria similar a um filtro. Durante a fase de desvio do rio, a zona 2 tem grande importância,
pois suaviza a percolação através do maciço em construção, caso haja a ocorrência de grandes
cheias.
A zona 2 é dividida em duas, a 2A e 2B. A 2A está localizada sob a junta perimetral, formada por
material compactado com compactador manual vibratório, com uma granulometria que permite a
retenção do silte, originária da zona superior a ela (1A). A zona 2A pode possuir um leve teor de
cimento, de 3 a 4%. Já a zona 2B corresponde a uma área formada por camadas com material
compactado com rolo liso vibratório, com 30 a 50 cm de espessura, com cerca de 4 metros de
largura. A compactação é realizada com a passagem de rolo liso vibratório de 10 ou 12 toneladas. A
compactação da face é realizada com autilização de um rolo menor, puxado para cima quatro vezes,
Figura 3 – Zoneamento de uma barragem de enrocamento com face de concreto
Fonte: Basso (2007, p. 7).
ATENÇÃO
O principal objetivo do zoneamento das barragens de enrocamento é aumentar a resistência
do reservatório e servir como material impermeabilizante.
ou com o emprego de um vibrador de placa instalado em uma retroescavadeira. A superfície do
talude deve ser protegida para evitar a erosão causada por chuvas. Algumas barragens introduzem
uma guia de concreto extrusada, revestindo a zona 2B, para regularizar a superfície abaixo da laje
de concreto, servindo de forma para a compactação do material da zona 2B (BASSO, 2007).
A zona 3 é a de maior dimensão em todo o maciço, dividida em três subzonas (3A, 3B e 3C), com
diferentes grossuras e com espessura das camadas crescentes em direção a jusante, o que
proporciona transições nos níveis de compressão e permeabilidade.
A zona 3A possui espessura e largura similar à zona 2B, de 30 a 50 cm de espessura com 4 metros
de largura, caracterizada como uma zona de mudança entre a zona 2 e o enrocamento principal.
Essa camada tem como objetivo impedir que os materiais da zona 2, mais finos, não sejam
transferidos para os grandes vazios das rochas que formam o enrocamento principal.
As zonas 3B e 3C são o enrocamento propriamente dito. Nessas duas localidades, começam a ser
inseridos materiais mais graduados. Na zona 3B, as rochas que formam essa camada possuem
espessuras iguais ou menores que a espessura da camada, com dimensão máxima entre 60 a 80 cm.
Já a zona 3C possui materiais mais graduados com maior concentração de materiais finos e
diâmetro máximo igual ou menor que a espessura da camada, maior que a zona 3B, podendo ser de
até 1 metro (CRUZ, 2014). É necessário que a zona 3B tenha baixa compressibilidade, de modo a
minimizar as deflexões da laje de concreto, em decorrência da carga de água transmitida de
montante. Para isso, essa camada deve ser compactada com 4 a 6 passadas de rolo vibratório liso de
10 toneladas. Já a zona 3C é composta de camadas mais largas, pois recebe menos carga que a 3B,
compactadas com apenas quatro passadas do mesmo equipamento.
A zona 3D são utilizados blocos de rocha de grandes proporções, localizados a jusante, abaixo do
nível de água. Essa camada forma a base da face a jusante, formando uma superfície estável para o
maciço.
Plinto
O plinto tem a função de impermeabilizar a interface composta pelo plano da fundação e o fundo do
maciço. Trata-se de um equipamento de concreto, localizado na base montante da barragem. A
impermeabilização da barragem é efetivada em virtude da união de quatro elementos: a laje de
concreto, o plinto, a junta perimetral e as técnicas de controle da percolação de água nas fundações.
Geralmente, o plinto é instalado sobre rocha não intemperizada, dura, não erodível e injetável. Por
se tratar de um elemento formado por concreto, em contato com a fundação, o plinto sofre
subpressão devido à percolação da água sob seu plano. Como as rochas do maciço a jusante são
permeáveis, além de a pressão nessa localidade ser similar à pressão final de jusante da barragem, é
possível afirmar que a subpressão sob o plinto varia, linearmente, ao longo da largura, da pressão
total do reservatório até zero. A pressão da água na laje da face de concreto abre a junta
perimetral. Assim, não ocorre a interação entre plinto e a laje da face (SHERARD; COOKE, 1987).
A espessura mais utilizada é a igual à da face de concreto, no mínimo de 0,3 a 0,4 metros. Já a
largura de ser de no mínimo 3 metros, para fundação em rochas duras, deve respeitar a ordem de
1/20 a 1/25 da carga de água do reservatório.
Para a instalação do plinto, deve-se executar a escavação de forma cuidadosa, para que não haja
faturamento da superfície rochosa em que se se assentará a estrutura. Antes da aplicação do
concreto, deve-se proceder à limpeza da rocha com jato de ar, ou de ar e água, para a formação de
uma superfície de contato eficiente entre o concreto e a fundação que facilite a ligação dos dois
componentes (CRUZ et al., 2014).
Face de Concreto
A face de concreto tem a função de manter a barragem de enrocamento livre de infiltrações,
localizada a montante do maciço.
Junto com o plinto e a junta perimetral, a face de concreto é formada por placas e juntas entre elas,
que permite a completa estanqueidade da barragem.
Para a formação dessa estrutura, a impermeabilidade e a durabilidade são mais relevantes que a
resistência; cerca de 20 Mpa (3000 psi) aos 28 dias já são suficientes, com o diâmetro máximo do
agregado de 38 mm (1,5 pol), sendo a incorporação de ar e o uso de pozolana comuns (CRUZ et al.,
2014).
Recomenda-se a instalação de 0,4% de aço em cada direção para as barragens em que o
enrocamento é compactado. Já para as barragens em que o material é somente lançado, deve-se
utilizar 0,5%. Em decorrência da pressão horizontal que atua sobre as faces, principalmente nas
porções superiores, é recomendado instalar a armadura através das juntas verticais.
Figura 4 – Forças atuantes no plinto
Fonte: Cruz et al. (2014, p. 25).
SAIBA MAIS
A pozolana é formada por rochas de origem vulcânica, ricas em silicatos, ou por processos
industriais e possui propriedades cimentantes. São comumente adicionadas ao cimento
comum.
Quando ocorre o primeiro preenchimento da represa com água, a barragem sofre consideráveis
deformações em sua estrutura, em virtude da alta compressibilidade do enrocamento, assim como
dos esforços decorrentes do empuxo hidrostático do reservatório serem suportados pelo maciço.
Essas deformações precisam ser ajustadas pela laje de concreto da face, o que acontece graças à
junta perimetral.
A espessura das lajes de concreto geralmente possui 25 ou 30 cm, com um aumento de 2 mm para
cada metro de profundidade do reservatório, respeitando a fórmula:
Onde
t = espessura da laje de concreto (cm).
H = profundidade em relação ao nível máximo do reservatório (m).
Em virtude de suas particularidades, a literatura denomina estruturalmente a laje de concreto
como um diafragma, decorrente das tensões perpendiculares ao plano de ação do empuxo e
paralelas ao plano da estrutura e uniformes em relação à espessura, e não como uma laje, em que as
tensões variam de acordo com a espessura (SOUZA, 2008).
Junta Perimetral
A junta perimetral localizada entre a face de concreto e o plinto serve para absorver as alterações
decorrentes do deslocamento relativo entre o plinto e a laje, sem anular a impermeabilização da
barragem. Esse equipamento é formado por uma membrana de formato convexo voltada para
montante, podendo estar associada a materiais impermeabilizantes que garantam sua eficiência.
Se não bem planejada, inspecionada e executada, a junta pode ser uma fonte de vazamento, pois,
durante o preenchimento do reservatório, ela se abre e se desloca. Juntas em barragens com menos
de 75 metros de altura têm movimentação de poucos milímetros, porém juntas com as atuais veda-
juntas têm sido de vários centímetros. Em virtude da alta ocorrência de infiltrações nessas
localidades, atualmente é recomendada a instalação de até três veda-juntas separados.
t = 0, 30 + 0, 002 ∗ H
ATENÇÃO
É importante ressaltar que a face de concreto das barragens de enrocamento precisa ser
flexível, resistente e impermeável. Além disso, muitos autores tratam a camada de concreto
como um diafragma.
Basicamente, as barragens podem ser de três tipos: de terra, de enrocamento e de concreto. A
definição do tipo de empreendimento a ser executado para a formação de um reservatório irá
depender da análise de diversos fatores, sempre considerando que cada tipo de barragem tem
suas vantagens e desvantagens, que deverão ser analisadas criteriosamente. A respeito das
barragens de enrocamento, é correto afirmar:
As rochas a serem utilizadas em uma barragem de enrocamento não podem estar
intemperizadas, mas devem estar resistentes à