Nenhuma obra geotécnica, se bem projetada, falha do dia para a noite, sem dar sinais de falha. Desta forma, um bom projeto geotécnico deve incluir, como parte fundamental de sua execução, um plano de monitoramento geotécnico. Somente com dados verificados em campo é possível confirmar a acurácia dos modelos desenvolvidos e, ao mesmo tempo, obter informações sobre a segurança da estrutura.

Sobre as pilhas de mineração, o monitoramento destas estruturas, por mais recente que tenha sido iniciado, é extremamente relevante para responder diversos questionamentos que temos ao projetar tais estruturas. A seguir serão apresentados aspectos relevantes para o monitoramento de pilhas de estéril e rejeito.

Aspectos Relevantes dos Projetos de Pilhas de Estéril e Rejeito

Conforme descrito por Hawley e Cunning (2017), as pilhas de mineração podem ser classificadas inicialmente pela perenidade do depósito, podendo ser permanentes ou temporárias. Por razões óbvias, planos de instrumentação e monitoramento são normalmente mais aplicáveis aos depósitos permanentes, considerando o risco envolvido e o comportamento ao longo da vida útil da estrutura.

Não se deve, no entanto, desconsiderar a possibilidade de se instrumentar pilhas temporárias. Informações relativas à deformação dos depósitos são relativamente fáceis de serem obtidas e podem fornecer dados relevantes.

Quanto aos depósitos atualmente projetados, as pilhas podem ser divididas em Pilhas de Estéril (PDE), Pilhas de Rejeito (PDR) e Pilhas de Disposição de Estéril e Rejeito (PDER). Para fins de denominação, no Brasil, dá-se o nome de estéril a todo material sem valor comercial, com granulometria variando desde blocos métricos a solos finos de composição de siltosa.

Ainda, pilhas de estéril podem conter solos de origem natural (overburden soil) de acordo com o estágio de operação da mina. Quanto ao material excedente do processo de beneficiamento mineral, dá-se o nome de rejeito e sua composição é, usualmente, silto-arenosa.

Considerando a diferente composição descrita acima, deve-se esperar, portanto, um comportamento geotécnico distinto entre rejeito e estéril. Adiciona-se a esta constatação o fato de que estéril e rejeito são dispostos de maneira diferente. Desta forma, tais aspectos se tornam informações fundamentais para os planos de monitoramento a serem elaborados para as pilhas de estéril e rejeito. Isso pode ser visto tanto durante o planejamento para instalação, como na tomada de decisão dos fatores que controlam o comportamento e que devem, portanto, ser monitorados.

Estéreis são tradicionalmente dispostos de maneira randômica, isto é, sem separação de materiais distintos e sem um controle formal de compactação. Considera-se, no entanto, que houve avanços nos últimos anos, pois buscou-se limitar a altura das camadas de disposição, sem lançamento de forma descontrolada.

Já o rejeito, considerando sua elevada susceptibilidade à liquefação, se disposto sem controle, exige certo grau de compactação. Resultados recentes de diversos estudos demonstram a necessidade do controle de compactação para disposição de rejeitos para que se evite a susceptibilidade a comportamento contrátil.

Outro aspecto relevante a projetos de pilhas de rejeito é a definição das características de compactação dos materiais que, conforme já descrito, podem causar variação da composição granulométrica e apresentar diferentes características durante a compactação em campo.

Dessa forma, faz-se necessária a construção de aterros teste, para que se validem premissas adotadas em projeto sobre a espessura e a energia de compactação a serem aplicadas, por exemplo. Tais estruturas também podem e, dependendo do caso, devem ser instrumentadas para uma maior qualidade da análise do comportamento no momento da compactação.

Dessa maneira, em relação ao processo construtivo, de forma simplificada, pode-se elencar pontos críticos a serem levados em conta durante a fase de projeto, para, mais tarde, serem contemplados durante a fase de elaboração do plano de monitoramento. São eles:

Fundação

• Nível Piezométrico
• Compressibilidade dos Materiais

Alteamento

• Deslocamento da face e dos taludes
• Formação de bolsões
• Surgências nas faces
• Níveis de tensão

Drenagem Interna e Superficial

• Vazões superiores às de projeto
• Qualidade da água

Tais itens devem ser analisados durante as apurações a serem realizadas a partir dos métodos adequados. Você pode conhecer mais sobre esses métodos nos treinamentos de Instrumentação e Monitoramento da Segurança de Pilhas ou Interpretação de Dados e Monitoramento de Estruturas Geotécnicas.

Sobre o autor

Prof. M.Sc. Luciano Souza Junior

Mestre em Geotecnia (COPPE/UFRJ – 2021), Engenheiro Civil (UFJF – 2017)

Engenheiro Geotécnico com experiência em Projetos de Barragens e Pilhas, Auditorias, Interpretação de Ensaios de Campo e de Laboratório e Instrumentação. Desenvolveu pesquisa na Université Gustave Eiffel (França) e na Universidade do Colorado (EUA) na área de Engenharia Geotécnica Sísmica. Recipiente da bolsa internacional do Curso Internacional em Instrumentação Geotécnica (Itália) promovido pela NHAZCA e pelo Prof. Dunniclif.

Referências

Guidelines for Mine Waste Dump and Stockpile Design – Hawley e Cunning (2017)

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A concepção e análise de um modelo numérico, basicamente, ocorre em três etapas, sendo estas:

1. Obtenção dos parâmetros geotécnicos do material e calibração dos modelos constitutivos a serem empregados nas análises;
2. Elaboração e análise de um modelo simplificado (opcional); e
3. Elaboração e análise do modelo final.

Inicialmente, realiza-se o tratamento dos dados obtidos na campanha de ensaios disponível, com auxílio de planilhas eletrônicas, a fim de determinar os parâmetros geotécnicos de interesse dos materiais envolvidos. Estes parâmetros preliminarmente calculados podem ser, ainda, validados e analisados a partir de uma calibração em relação às equações constitutivas dos modelos. Para tanto, pode-se utilizar ferramentas computacionais que permitam que sejam traçadas, simultaneamente, as envoltórias obtidas nos ensaios de compressão triaxial e aquelas calculadas com base nas equações constitutivas de cada modelo, considerando como dados de entrada os parâmetros geotécnicos previamente estimados.

Para elaboração do modelo, tanto simplificado como final, deve-se proceder com a importação ou criação da geometria, inclusão dos materiais, definição da malha de elementos finitos, critérios de convergência e condições de contorno e demais aspectos específicos de cada análise. Por fim, extrai-se os resultados das análises e realiza-se a interpretação destes resultados.

Método SSR (Shear Strength Reduction)

O conceito básico do método de redução da resistência ao cisalhamento (SSR) é bastante simples.

• Os parâmetros de resistência de um maciço são reduzidos por um certo fator, e a análise de tensão de elemento finito é calculada.
• Este processo é repetido para diferentes valores do fator de redução de resistência (Strength Reduction Factor – SRF), até que o modelo se torne instável (os resultados da análise não convergem).
• Isso determina o fator crítico de redução de resistência (SRF crítico), ou fator de segurança do talude.

Para configuração desse tipo de análise é necessária a preparação inicial do modelo, de forma similar ao elaborado para análises tensão-deformação comuns. No entanto, deve-se prestar atenção especial ao estabelecimento das condições de contorno e tensões de campo apropriadas. Além disso, existem algumas restrições (por exemplo, o método SSR não pode ser usado com todos os modelos de resistência).

No software RS3, para habilitar a opção de análise SSR, você precisa selecionar a opção de cálculo do fator de redução de resistência (SRF) nas configurações do modelo. Além das configurações já realizadas para as análises tensão-deformação, você também pode configurar vários parâmetros para a análise SSR, como:

• Estimativa inicial de SRF: A estimativa inicial do fator de redução de resistência para a primeira iteração da análise. Por padrão, isso é definido como 1;
• Tamanho do passo: o tamanho do passo é a diferença no fator de redução de resistência entre duas iterações da análise;
• Tolerância: a tolerância determina a convergência (fim da análise) para o método SSR. Quando a diferença no SRF entre duas iterações é menor que a tolerância, e a análise convergiu para a iteração com o SRF inferior, mas não converge para a iteração SSR com o SRF superior, então a análise SSR é considerada convergente. O valor crítico do SRF é a iteração com o SRF inferior.

Após habilitada e configurada a análise de SSR, o software é capaz de realizar os cálculos pertinentes e fornecer os resultados, conforme ilustrado bidimensionalmente na Figura 1.

Figura 1 – Exemplo de resultado da aplicação do método SSR a uma análise tensão-deformação.

Fonte: ROSCIENCE (2021).

É possível avaliar os resultados para diferentes valores de SRF, sendo que a guia selecionada por padrão é o SRF crítico, exibido na parte superior da janela. Por padrão, o conjunto de dados de deformação máxima de cisalhamento é selecionado e contornado. A deformação máxima de cisalhamento fornece uma boa indicação de onde o escorregamento está ocorrendo, especialmente ao visualizar valores SRF mais altos.

Ressalta-se que a análise SSR é calculada após a conclusão da análise regular de tensão-deformação. Caso o modelo tenha vários estágios, a análise SSR é calculada apenas para o seu estágio final.

E aí? Você já conhecia esses métodos?

A modelagem numérica nos ajuda na análise e resolução de inúmeros desafios, e o profissional que domina essa técnica se destaca no mercado da geotecnia.

Se você quer aprender mais sobre esses métodos, e como elaborar e interpretar análises tridimensionais, conheça o nosso curso: Análises de Tensão X Deformação – Modelagem 3D

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Diante dos últimos rompimentos de estruturas a montante que ocorreram no Brasil, a atenção ao monitoramento da segurança das barragens aumentou. Sendo assim, com o objetivo de reduzir os riscos de novos acontecimentos, foram criadas legislações nacionais, estaduais e até municipais para fomentar as boas práticas de segurança de barragens no território nacional.

Dentro deste quesito, os estudos de ruptura hipotética obtiveram certo protagonismo ao apresentarem a situação prevista para as inundações provocadas por rompimentos. Ainda neste caso, a legislação também se aprimorou para atender e acompanhar guidelines internacionais e demandas da sociedade.

Neste cenário, é necessário ao profissional de geotecnia ou hidrólogo, o conhecimento dos efeitos de uma ruptura e os fenômenos que levam ao evento. O comportamento do fluxo a jusante também é importante para prever situações de potencial risco a pessoas, estruturas viárias, estações de captação de água, indústrias de materiais perigosos, entre outros. É neste contexto que se inserem os estudos de ruptura hipotética (estudo de dam break).

A elaboração de um estudo de dam break está diretamente relacionada ao dano potencial associado à ocorrência de ruptura e não ao risco efetivo da probabilidade de ocorrência. Este dano potencial está relacionado a perda de vidas humanas, impactos socioeconômicos e ao meio ambiente, e aos efeitos a outros barramentos no caminho da onda (rupturas em cascata).

O primeiro entendimento para formulação do estudo é sobre o tipo de barragem ao qual será feita a simulação. Em barragens de reservação de água, as boas práticas de engenharia pressupõem que sejam assumidas as seguintes hipóteses:

1. A água se comporta como fluido Newtoniano;
2. A saída de água do reservatório acontece em função do desenvolvimento do fenômeno de ruptura; e
3. Todo o volume é mobilizado para o evento de ruptura, juntamente com o volume desprendido pela brecha.

No caso de barragens de rejeito, existe uma diferença de abordagem no estudo de ruptura. É necessário o conhecimento das propriedades geotécnicas e reológicas dos rejeitos contidos para entendimento do comportamento do fluido gerado. Neste caso, devem ser assumidas as seguintes hipóteses para as boas práticas:

1. O volume de água contido no lago do maciço é livre, e é 100% deslocado com o rompimento;
2. O volume de rejeitos mobilizados é estimado considerando a características do material;
3. O volume do maciço mobilizado pela brecha é somado ao material mobilizado do reservatório.

Legislação e boas práticas de Engenharia

A Política Nacional de Segurança de Barragens (PNSB) ou Lei n° 12.334 (BRASIL, 2010)[1], traz que a ZAS (Zona de Autossalvamento) é o trecho do vale a jusante da barragem em que não haja tempo suficiente para intervenção da autoridade competente em situação de emergência, conforme mapa de inundação, e a ZSS (Zona de Salvamento Secundária) é o trecho constante do mapa de inundação criado pelo estudo de dam break não definido como ZAS.

A mesma Lei define o mapa de inundação como “produto do estudo de inundação que compreende a delimitação geográfica georreferenciada das áreas potencialmente afetadas por eventual vazamento ou ruptura da barragem e seus possíveis cenários associados e que objetiva facilitar a notificação eficiente e a evacuação de áreas afetadas por essa situação”. Para criação do mapa de inundação é pedido que se considere o pior cenário para a estrutura. Muitos destes pontos foram aprimorados também pela Lei n° 14.066 (BRASIL, 2020)[2], que veio complementar a PNSB.

No âmbito de barragens de mineração, a Resolução n° 95 (ANM, 2022), trouxe condições mais conservadoras para este tipo de barramento em função dos últimos rompimentos ocorridos no estado de Minas Gerais. A referida Resolução dá que, além do delimitado pela PNSB, a ZAS deve ser delimitada dentro do estudo de dam break com a adoção da maior das seguintes distâncias: a distância que corresponda a um tempo de chegada da onda de inundação igual a 30 minutos ou 10 quilômetros.

Sobre o mapa de inundação, a Resolução preconiza os seguintes tópicos:

1. Deve ser detalhado e exibir gráficos e mapas georreferenciados das áreas a serem inundadas, explicitando a ZAS e a ZSS;
2. Deve constar os tempos de viagem para os picos da frente de onda e inundações em locais críticos, abrangendo os corpos hídricos e possíveis impactos ambientais;
3. Deve ser minimamente feito com modelos 2D contemplando o acréscimo de materiais que a onda carreará em seu deslocamento através da topografia atual e primitiva do reservatório.
4. Deve considerar o maior dano que, se for por liquefação, deve levar em conta a totalidade do maciço e do volume contido no reservatório como volume mobilizável.
5. Deve conter explicitamente o critério de parada da onda escolhido;
6. Deve mostrar residências, comunidade indígenas, infraestruturas viárias, equipamentos urbanos (escolas, hospitais, creches, entre outros), indústrias com potencial de contaminação, postos de gasolina, estações de tratamento e captação de água e esgoto, depósito de materiais químicos, patrimônio cultural, artístico, histórico e arqueológico, além de unidades de conservação.
7. Deve refletir o estado atual da barragem conforme a sua cota licenciada.

Muitos aspectos devem ser considerados nos estudos de dam break, tais como: hidrológicos, reológicos, geotécnicos e definição de modos de falha. Com base nesses aspectos, você terá um entendimento geral para iniciar seus estudos sobre ruptura hipotética a partir do conhecimento da legislação de segurança de barragens vigente e dos estudos mais reconhecidos com aplicabilidade para a formação da simulação. É importante ter em mente que os mecanismos de falha devem ser aplicados com cuidado, sempre buscando evidenciar com dados a escolha do modo de falha para o cenário mais crítico como pede a legislação.

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Se você se interessa pelo tema e quer se especializar nessa área, confira os cursos que preparamos:

–Estudo de Ruptura Hipotética de Barragens e Modelagem Computacional

–Estudo de Ruptura Hipotética de Barragens e Modelagem Computacional nos Softwares HEC-RAS e HEC-HMS

Referências

[1] BRASIL. Lei n° 12.334 de 20 de setembro de 2010. Estabelece a Política Nacional de Segurança de Barragens. Disponível em: http://www.planalto.gov.br/ccivil_03/_ato2007-2010/2010/lei/l12334.htm.

[2] BRASIL. Lei n° 14.066 de 30 de setembro de 2020. Altera a Lei nº 12.334, de 20 de setembro de 2010. Estabelece a Política Nacional de Segurança de Barragens (PNSB). Disponível em: https://www.in.gov.br/en/web/dou/-/lei-n-14.066-de-30-de-setembro-de-2020-280529982.

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Uma das formas de encerrar uma barragem é através da descaracterização, processo pelo qual a estrutura deixa de possuir características ou exercer função de barragem. No ano de 2019 a Agência Nacional de Mineração (ANM) publicou a Resolução 13, determinando que todas as barragens de mineração alteadas pelo método de montante ou método construtivo desconhecido devem ser descaracterizadas. No âmbito estadual, no ano de 2020 a Secretaria de Estado de Meio Ambiente e Desenvolvimento Sustentável (SEMAD) emitiu o termo de referência estabelecendo os requisitos mínimos de um projeto para a descaracterização de barragens alteadas pelo método de montante no estado de Minas Gerais.

A descaracterização pode ser feita de diferentes formas, a depender das condições geotécnicas e especificidades da própria estrutura, bem como do contexto territorial na qual está inserida. Os desafios relacionados aos projetos de descaracterização iniciam-se pelo desenvolvimento de engenharia de alta complexidade e definição de solução com menor risco possível, bem como atendimento aos critérios estabelecidos no termo de referência para descaracterização de barragem. Sendo assim, os projetos de descaracterização devem considerar as legislações vigentes, normas nacionais e internacionais, bem como as melhores práticas associadas às condições técnicas, ambientais e socioeconômicas. Ainda, estabelecer critérios e premissas que devem ser considerados nos projetos se torna uma iniciativa particular, pois cada barragem possui suas especificidades relacionadas aos aspectos relevantes de análise.

A descaracterização possui como objetivo a redução de riscos, a estabilização física e química de longo prazo, bem como a recuperação ambiental da área. Além disso, pela perspectiva da sustentabilidade, o projeto deve buscar também a viabilização de um novo uso para a área.

Por fim, a definição de um plano de monitoramento e manutenção de uma barragem descaracterizada deve garantir que a estrutura não cause risco para a saúde e segurança pública, bem como que seja dada à área destinação sustentável quanto ao uso do solo e das águas, compatível com os interesses da comunidade.

Planejar e operar para fechar ainda é um grande desafio para a atividade minerária. Pode-se dizer que esse é um processo complexo, que envolve elevados custos, riscos e incertezas, ainda mais se tratando de estruturas que não foram planejadas pensando em seu fechamento. Além disso, a estratégia para fechamento vai além da perspectiva geotécnica e ambiental e deve considerar também os âmbitos social e econômico.

No setor mineral há uma crescente demanda por profissionais para atuação na área de fechamento de mina, que inclui o encerramento de estruturas geotécnicas, pois esse tema está diretamente relacionado à visão de uma mineração sustentável. A ausência de um planejamento adequado para o fim das operações está associada a diversos riscos e impactos socioambientais, e inclusive de imagem e reputação para as companhias de mineração. Por isso, todas as mineradoras têm trabalhado para se adequar à nova realidade e buscado projetos inovadores para lidar com o fechamento dessas estruturas, abrindo um leque de oportunidade no mercado de mineração.

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Para saber mais sobre esse processo de descaracterização de barragens, conheça nosso curso Projeto de Descaracterização e Fechamento de Barragens de Mineração.

Referências

1- IBRAM (2019), Gestão de Barragens e Estruturas de Disposição de Rejeitos.

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Os principais problemas de estabilidade estão relacionados ao desenvolvimento de poropressões não previstas no projeto da estrutura. O aumento da poropressão reduz a tensão efetiva no solo, e, com isso, piora a condição de estabilidade da estrutura geotécnica.

Assim, o estudo do fluxo de água ou de outro tipo de fluido na estrutura constitui um tópico de fundamental importância durante o projeto e verificações envolvendo estruturas geotécnicas. Por isso, neste artigo vamos discorrer brevemente sobre a permeabilidade e o fluxo de fluidos em estruturas geotécnicas, considerando os solos saturados e os não-saturados.

Fluxo em solos saturados

A permeabilidade é a propriedade que o solo apresenta de permitir o escoamento da água através dele, sendo o seu grau de permeabilidade expresso numericamente pelo coeficiente de permeabilidade. Para solos saturados, a determinação do coeficiente de permeabilidade é feita com base na lei de Darcy, de acordo com a qual a velocidade de percolação é diretamente proporcional ao gradiente hidráulico.

Em que:

Q = vazão do fluido nos poros;

k = permeabilidade do solo;

h = carga hidráulica que se dissipa;

L = distância que a carga se dissipa;

i = gradiente hidráulico; e

A = área transversal ao fluxo.

O coeficiente de permeabilidade depende principalmente do tamanho médio dos poros, que se relaciona com a distribuição granulométrica do solo, a forma de suas partículas e sua estrutura.

Em geral, o coeficiente de permeabilidade é menor em solos compostos por partículas menores. A presença de uma pequena porcentagem de finos em um solo majoritariamente arenoso diminui significativamente seu coeficiente de permeabilidade se comparado ao mesmo solo sem os finos presentes. Para um solo, o coeficiente de permeabilidade ainda é função de seu índice de vazios já que, com sua diminuição, a permeabilidade também diminui.

Os valores típicos para a ordem de grandeza de permeabilidades em solos sedimentares estão apresentados na Figura 1.

Figura 1 – valores típicos de permeabilidade

Fonte: PINTO (2006)

Solos residuais apresentam estrutura com macroporos, pelos quais a água percola com maior facilidade. Nesses solos, ainda que as partículas sejam pequenas, os vazios entre as aglomerações das partículas são grandes e é por eles que a água flui.

Para pedregulhos, e mesmo para algumas areias grossas, a velocidade de fluxo pode se tornar muito elevada a depender do gradiente hidráulico aplicado. Com isso, o fluxo pode se tornar turbulento e, assim, a lei de Darcy já não é válida. Isso ocorre comumente no dimensionamento do sistema de drenagem interno de barragens.

Fluxo em solos não saturados  

O solo não saturado é considerado como um sistema trifásico, ou seja, é constituído de três fases: líquida (água), gasosa (ar) e sólida (partículas de minerais). A fase sólida é constituída por partículas minerais e matéria orgânica, variando de forma e tamanho; a fase líquida é composta por água; e a fase gasosa é constituída pelo ar livre e está presente no espaço poroso não ocupado pela água.

A curva característica de um solo representa a variação da sucção com respeito à umidade ou grau de saturação. A Figura 2 a seguir apresenta uma curva característica típica.

Figura 2 – Curva característica típica de um solo.

 Fonte: FREDLUNG; XING (1994) apud VILLAR (2002)

Alguns valores merecem destaque como:

• Teor de umidade volumétrica saturada qs;
• Teor de umidade volumétrica residual, qr, que é valor do teor de umidade volumétrica além do qual um aumento adicional na carga de pressão resultará somente em mudanças pequenas no teor de umidade volumétrica;
• Valor de pressão de entrada de ar, que é o valor da carga de pressão no qual ocorre a entrada de ar nos poros do solo em um processo de secagem.

Com a curva característica do solo é possível relacionar sua permeabilidade com a umidade, existem diversos modelos para modelagem da curva de retenção, como Gardner (1958), Brooks e Corey (1964), van Genuchten (1980) e Fredlund e Xing (1994).

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Para saber mais sobre realização de modelagem e análise de percolação nos solos, conheça nosso curso sobre Análises de Estabilidade e de Fluxo – Modelagem 3D.  

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Por ser tão “visual” e “geométrica” quase todos os geólogos se sentem confiantes e à vontade para descrever as estruturas observáveis em imagens de satélite, afloramentos, amostras de mão ou testemunhos de sondagens.

Entretanto, todo cuidado é necessário quando o resultado da descrição e interpretação geológica for ser utilizado como base para projetos de obras de alto valor ou grande porte.

As estruturas geológicas têm íntima associação com o fluxo de água subterrânea e características próprias de resistência, portanto, sua compreensão é fundamental na estabilidade das escavações. O entendimento da geologia estrutural ajuda a planejar e gerenciar todos os aspectos do ciclo de uma obra/ mineração. As principais interfaces são:

• Exploração/Investigação (orientação das sondagens);

• Estimativa de recursos (limites físicos/domínios);

• Estabilidade de taludes (Hidrogeologia e Geotecnia);

• Desmonte de rochas;

• Controle de teor (Grade Control);

• Plano de lavra.

Para que serve a geologia estrutural?

A geologia estrutural é utilizada como ferramenta de modelagem em subsuperfície, de forma a reduzir os riscos associados a escavações e fundações. Dessa maneira, o profissional da área deve fornecer dados objetivos e relevantes para as obras em questão, assim como deve traduzir conceitos geológicos para engenheiros e detectar problemas em potencial que possam afetar a segurança ou viabilidade financeira de uma obra ou empreendimento.

Alguns exemplos de riscos associados ao entendimento de geologia estrutural são:

• Risco de Geologia: O minério projetado está fora do lugar?
• Risco Geomecânico: Fundação rompendo segundo um plano de fraqueza não previsto?
• Risco Hidrogeológico: Onde perfurar para locar um poço e conseguir rebaixar o lençol freático de forma eficiente?

Para reduzir os riscos é necessário melhorar ou demonstrar o entendimento geológico, integrando:

• Mapeamento de afloramentos;
• Descrição de sondagens;
• Uso de sondagens orientadas;
• Sondagem em número e espaçamento suficientes;
• Geofísica;
• Litogeoquímica;
• Petrografia;
• Modelagem tridimensional etc.

Portanto, para início de atuação na área, pressupõe-se que o profissional consiga diferenciar estruturas primárias (magmáticas ou sedimentares) de estruturas geradas por eventos tectônicos subsequentes à formação da rocha.

Para entender mais sobre a usabilidade da Geologia Estrutural em projetos de engenharia, conheça nosso curso sobre Conceitos e Aplicações de Geologia Estrutural para a Engenharia.  

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Sabendo da relevância do assunto na Geotecnia, preparamos este artigo para explicar melhor sobre como ocorre a ruptura dos solos por cisalhamento.

Definições

O parâmetro de resistência ao cisalhamento pode ser definido como a resistência interna por unidade de área que a massa do solo pode oferecer para resistir à falha e deslizar ao longo de qualquer plano dentro dela.

No dimensionamento de uma obra geotécnica, de modo a garantir a segurança à ruptura, é necessário quantificar as diversas solicitações e verificar se o solo é suficientemente resistente, determinando-se, para esse efeito, a resistência ao cisalhamento mobilizada pelo solo.

Ruptura dos solos

Qualquer ponto (elemento de volume) no interior de uma massa de solo é solicitado por tensões que resultam do peso próprio e por tensões induzidas pelas cargas externas aplicadas. Os solos, assim como outros materiais, resistem bem às tensões de compressão, mas têm fraca resistência ao cisalhamento, e a resistência à tração é praticamente nula.

A ruptura por cisalhamento caracteriza-se por deslocamentos relativos entre partículas, desprezando-se as deformações das próprias partículas. No caso dos solos, geralmente a ruptura ocorre por cisalhamento ao longo de uma superfície de ruptura, ou seja, dá-se o deslizamento de uma parte do maciço sobre uma zona de apoio que permanece fixa. Os planos de ruptura são planos onde as tensões tangenciais superam as resistências ao cisalhamento. Veja na Figura 1 alguns exemplos de ruptura por cisalhamento.

Lembrando que para definir uma estrutura segura ou não, utiliza-se o artifício do Fator de Segurança (FS), que correlaciona as tensões resistentes (chamadas estabilizadoras) às tensões que atuam no maciço de terra (chamadas instabilizadoras).

Figura 1 – Exemplos de avaliações da resistência ao cisalhamento do solo

Resistência ao cisalhamento

Ao se executar os ensaios de cisalhamento do solo (direto ou triaxial), a tensão normal permanece (aproximadamente) constante e a evolução das tensões de cisalhamento pode ser representada no plano de tensões de Mohr, conforme Figura 2, cuja equação da envoltória tem participação da coesão (c), da tensão normal do plano de ruptura (σ 𝜎) e do ângulo de atrito interno (𝜙):

Figura 2 – Envoltória de ruptura de Mohr-Coulomb

Assim, quando a trajetória das tensões (de cisalhamento) atinge a envoltória de ruptura (τ = τmáx = τf) dá-se a ruptura por cisalhamento do corpo de prova, segundo o plano horizontal imposto, e a tensão máxima será a resistência ao cisalhamento desse solo para determinada tensão normal.

A seguir será feita uma breve explicação sobre o ângulo de atrito e a coesão do solo, que são determinantes para a resistência ao cisalhamento.

Ângulo de atrito interno (𝝓)  

Na Figura 3 mostra-se um corpo sólido apoiado sobre uma superfície plana horizontal. A força N representa a força vertical que atua sobre o corpo, incluindo o seu peso. Na situação (a) há a força de atrito disponível, mas não mobilizada; na (b) há a força de atrito parcialmente mobilizada; e na (c) há a força de atrito totalmente mobilizada.

Figura 3 – Representação dos parâmetros de resistência do solo

Percebe-se que a reação à força N é quem gera a força de atrito (Fa) contrária a força T tangencial. Essa Fa pode ser expressa por: 𝐹𝑎=𝑁.𝜇 𝑠𝑒𝑛𝑑𝑜 𝜇=𝑡𝑔𝜙 Em que: μ é o coeficiente de atrito; e 𝜙 é o ângulo de atrito, inerentes aos materiais em contato. Para a maioria dos materiais, 𝜙 e, consequentemente, μ, são aproximadamente constantes e independentes das forças que atuam sobre o corpo. A força de atrito, Fa, é mobilizada para resistir a uma força horizontal máxima aplicada ao corpo, permitindo estabelecer o equilíbrio. A respeito desse atrito, podemos dizer que:

– A força de atrito disponível depende da reação normal, N, e do ângulo de atrito 𝜙. Se um dos dois for igual à zero, não haverá resistência por atrito;

– Se a inclinação da resultante em relação à normal à interface entre o corpo e a superfície horizontal for menor que o ângulo de atrito (𝜙), será mobilizada apenas uma parcela da resistência por atrito disponível e não haverá risco de escorregamento;

– O ângulo de atrito é o valor limite da inclinação, quando a inclinação for igual a 𝜙, toda a resistência por atrito disponível estará mobilizada e o escorregamento do bloco torna-se iminente;

– O critério de ruptura é traduzido pela inclinação da resultante das forças, igual ao ângulo de atrito. O ângulo de atrito 𝜙 é também designado como ângulo de atrito interno ou ângulo de resistência ao cisalhamento, porque está implícito no seu valor o efeito do atrito entre as partículas e o inter-travamento entre elas.

– Nas areias, o ângulo de atrito interno varia de forma considerável com o índice de vazios e, naturalmente, com o índice de compacidade (compacidade relativa). No modelo físico apresentado para descrever o conceito de ângulo de atrito, se o corpo estiver “colado” à superfície, mesmo que N = 0, existe uma parcela de resistência ao cisalhamento entre as superfícies de contato que é independente da força normal aplicada. Esta parcela de resistência é definida como coesão, ou seja, uma tensão tangencial que atua na área de contato que será definida no item a seguir.

Coesão (c)

A coesão é uma característica típica de solos muito finos. A coesão aumenta com a quantidade de argila, com a razão de sobre adensamento (RSA) e com o teor de umidade. Os solos podem apresentar uma coesão real ou verdadeira ou uma coesão aparente. Esta última é a parcela de resistência ao cisalhamento de solos úmidos (parcialmente saturados), devido à sucção que atrai as partículas (construções de areia na praia, por exemplo). No caso da secagem ou saturação do solo, essa falsa coesão desaparece. A coesão é a resistência que a fração argilosa oferece pelo fato de manter o solo sob a forma de torrões ou blocos, e este pode ser cortado mantendo uma forma. Os solos que têm essa propriedade chamam-se coesivos. A atração química entre partículas e a cimentação de partículas podem originar uma coesão real. Os solos não coesivos, como as areias ou cascalhos limpos ou com poucos finos (solos puramente friccionais), desagregam-se facilmente ao serem cortados, escavados ou mergulhados em água.

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Atualmente, as barragens são utilizadas não só para acumulação de água para quaisquer usos, mas também para disposição final ou temporária de rejeitos de mineração e para acumulação de resíduos industriais. De acordo com a Política Nacional de Segurança de Barragens (PNSB), Lei nº 12.334 de 20 de setembro de 2010, uma barragem pode ser definida 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”.

Para melhor entender a estrutura de uma barragem, seja ela de aterro ou concreto, é importante conhecermos os seus elementos básicos que, de acordo com Chiossi (2013), são: crista, base, fundação, maciço ou corpo, talude de montante e talude de jusante. Esses elementos básicos podem ser visualizados na Figura 1.

Figura 1: Elementos básicos de uma barragem.

Fonte: Adaptado de Chiossi (2013).

De forma simplificada, então, as barragens são compostas do corpo ou maciço, estrutura localizada de forma a permitir a retenção da água e/ou material desejado e de um reservatório – área a montante onde é efetivamente armazenada a água e/ou material desejado. Além disso, existe um conjunto de obras e/ou equipamentos que permitem que a água passe de montante para jusante como medida de proteção (vertedouro ou ladrão), para geração de energia (tomada d’agua) ou para outras finalidades (MEIRELLES, 2013).

Chiossi (2013) apresenta como principais objetivos que regem a construção de uma barragem: o aproveitamento hidrelétrico, a regularização de vazões para fins de navegação, abastecimento doméstico e industrial de água, controle de inundações e irrigação. Dentro deste contexto, as barragens podem ser classificadas de diferentes formas, tais como: sua utilização, projeto hidráulico, comportamento estrutural, materiais empregados em sua construção, dentre outros. De acordo com Piasentin (2013a), a classificação mais utilizada para as barragens é a que diz respeito aos seus materiais de construção, em que podem ser classificadas em: as barragens de aterro (terra ou enrocamento) e barragens de concreto (gravidade ou arco).

As barragens de aterro são estruturas em que o maciço é construído de solo – material natural – e/ou de rocha e brita – materiais processados. De acordo com Massad (2010), nas barragens de terra, nas quais estão inclusas as barragens de rejeito, o maciço é constituído, basicamente, de solo de baixa permeabilidade compactado, sendo estas o tipo de barragem mais em uso no Brasil, tanto pelas condições topográficas, devido aos vales muito abertos, quanto pela grande disponibilidade de material terroso em nosso território. Já as barragens de enrocamento, apresentam o maciço constituído de blocos de rocha de tamanho variável e uma membrana impermeável na face de montante e somente são viáveis em áreas em que o custo do concreto é elevado ou que exista escassez de materiais terrosos. Além disso, é preciso que exista rocha dura e resistente em quantidade suficiente (CHIOSSI, 2013).

As barragens de concreto surgiram como uma alternativa às barragens de terra e enrocamento. De acordo com Chiossi (2013) a barragem de concreto-gravidade é o tipo de barragem mais resistente e de menor custo de manutenção, entretanto, de maior custo de construção, sendo adaptadas a todos os locais. Uma barragem de concreto-gravidade é uma estrutura em que o maciço é totalmente constituído de concreto, composto por vários blocos de concreto separados entre si por juntas de contração.

Já as barragens de concreto – arco são mais raras, uma vez que o comprimento dessas barragens deve ser pequeno em relação a sua altura, sendo necessária a presença, nas encostas do vale, de material rochoso e adequado e de grande resistência. A barragem em arco é uma barragem de concreto massa ou armado, curvada para montante na direção do reservatório. Também chamadas de barragens tipo abobada, são ideais para vales estreitos onde exista boas condições para apoio do arco no maciço rochoso (POSSAN, 2013).

Por serem, normalmente, obras de grandes dimensões, as barragens podem trazer consigo, além dos riscos inerentes ao próprio barramento e seus reservatórios, alguns impactos, tais como: modificação de cursos d’água e ecossistemas, alteração na qualidade da água, interrupção da migração de peixes, acumulação de sedimentos, deslocamento da população da região do reservatório, alagamento de área de interesse ambiental, histórico ou arqueológico, entre outros (PIASENTIN, 2013a).

Dessa forma, a implantação de uma barragem está sujeita a uma série de estudos de impactos ambientais e socioeconômicos e a segurança da barragem deve ser mantida em todas as fases de sua vida útil. Devemos, portanto, estar atentos a PNSB, Lei nº 12.334 de 20 de setembro de 2010, que regulamenta ações de segurança a serem adotadas nas fases de planejamento, projeto, construção, primeiro enchimento e primeiro vertimento, operação, desativação e de usos futuros de barragens em todo o território nacional.

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Referências

BRASIL. Lei n.12.334, de 20 set. 2010. Estabelece a Política Nacional de Segurança de Barragens e dá outras providências. 2010. Disponível em: < http://www.planalto.gov.br/ccivil_03/_ato2007-2010/2010/lei/l12334.htm> Acesso em: 10 fev. 2018.

BISWAS, A. K. Impacts of Large Dams: Issues, Opportunities and Constraints. In: TORTAJADA, C. ALTINBILEK, D. BISWAS, A. K. Impacts of Large Dams: A Global Assessment. Springer-Verlag Berlin Heidelberg. 2012. 1 – 18 p.

CHIOSSI, N. J. Geologia de Engenharia. 3ª ed. São Paulo: Oficina de Textos. 2013. 424 p.

PIASENTIN, C. Aspectos gerais da segurança de barragens. In: Curso Segurança de Barragens. AGÊNCIA NACIONAL DE ÁGUAS – ANA. 2013a. Disponível em: <https://capacitacao.ead.unesp.br/dspace/bitstream/ana/110/6/Unidade_2-modulo1.pdf> Acesso em: 15 fev. 2018.

MEIRELLES, F. S. C. Barragens de Terra e Enrocamento. In: Curso Segurança de Barragens. AGÊNCIA NACIONAL DE ÁGUAS – ANA. 2013. Disponível em: < https://capacitacao.ead.unesp.br/dspace/bitstream/ana/110/20/Unidade_9-modulo1.pdf > Acesso em: 15 fev. 2018.

POSSAN, E. Barragens de Concreto. In: Curso Segurança de Barragens. AGÊNCIA NACIONAL DE ÁGUAS – ANA. 2013. Disponível em: < https://capacitacao.ead.unesp.br/dspace/bitstream/ana/110/4/Unidade_10-modulo1.pdf > Acesso em: 15 fev. 2018.

PIASENTIN, C. Diretrizes, legislação e regulamentação In: Curso Segurança de Barragens. AGÊNCIA NACIONAL DE ÁGUAS – ANA. 2013b. Disponível em: < https://capacitacao.ead.unesp.br/dspace/bitstream/ana/110/2/Unidade_1-modulo1.pdf> Acesso em: 21 fev. 2018.

MASSAD, F. Obras de terra: curso básico de geotecnia. São Paulo: Oficina de Textos. 2010. 216 p.

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A partir do reconhecimento dos materiais são elaborados critérios de projeto, premissas da geometria da solução, métodos executivos e de controle de obra. Pensando nisso, elaboramos este artigo para expor a importância da análise e interpretação de ensaios de laboratório, na área de Geotecnia.

Para que servem as análises e interpretações de ensaios de laboratório?

Em grandes obras de engenharia, principalmente, é imprescindível verificar as características do solo de fundação e dos materiais disponíveis para construção, dentre outros materiais que irão interagir com a obra, para dimensionar um projeto económica e tecnicamente viável e seguro a ser executado.

Dessa maneira, os Ensaios de Caracterização de Laboratório são imprescindíveis na fase de concepção de um novo projeto geotécnico, pois todas as obras de engenharia geotécnica são desenvolvidas com base no comportamento dos solos.

Assim, questões como rupturas de barragem, escorregamentos de taludes e deformações excessivas em construções portuárias, são fenômenos físicos complexos que nos alertam para a importância de se conhecer a fundo as características de cada material envolvido. Com isso, deve-se identificar quais minerais o compõem e como ele se comporta com a presença de água e as variações de carregamentos durante e após a obra.

Tais questionamentos podem ser respondidos a partir da interpretação de ensaios de campo e de laboratório. Enquanto os ensaios de campo podem nos fornecer propriedades do solo “in situ”, os ensaios de laboratório contam com a vantagem de se ter maior controle das condições de contorno durante os procedimentos, o que possibilita a investigação de características intrínsecas de cada material.

Além disso, conhecer os ensaios de caracterização de laboratório permite que o profissional crie modelos mentais, para compreender, prever e explicar o comportamento dos materiais em análise.

Tipos de ensaios de laboratório

Dentre os ensaios convencionais de laboratório, existem dois grandes grupos: Ensaios de Caracterização Química e Mineralógica e Ensaios de Caracterização Física. Além dos Ensaios Especiais.

● Ensaios de Caracterização Química e Mineralógica: apesar de não serem comumente realizados na prática, são ensaios importantes quando não se tem conhecimento da origem e formação do material estudado ou quando se deseja investigar a presença de minerais ou compostos químicos específicos, como o tipo de argilomineral ou o teor de metais presente no solo. Dentre os ensaios existentes, destacam-se:

-Espectrometria de fluorescência de raios-X (FRX): técnica não destrutiva que permite identificar os elementos químicos em forma de óxidos presentes em uma amostra (análise qualitativa), além de estabelecer a proporção (análise quantitativa) em que cada elemento se encontra presente na amostra.

-Difratometria de raios X (DRX): analisa a composição mineralógica dos materiais. Quando o feixe de elétrons incide sobre o material, os elétrons mais externos dos átomos e os íons constituintes são excitados, mudando de níveis energéticos. Ao retornarem para sua posição inicial, liberam a energia adquirida em comprimentos de onda no espectro de raios em que um detector mede a energia associada a cada elétron. Uma vez que os espectros de raios-x podem ser obtidos para todos os elementos da tabela periódica, com exceção do hidrogênio, faz-se possível identificar quais minerais estão sendo observados.

A forma com que os resultados destes ensaios são disponibilizados pode variar entre laboratórios. De forma geral, os ensaios de FRX dão resultados diretos dos óxidos encontrados na amostra e suas concentrações. Já para o DRX, geralmente os laboratórios disponibilizam dados brutos que devem ser interpretados com o auxílio de softwares específicos e com base nos resultados obtidos pelo FRX.

● Ensaios de Caracterização Física: são os ensaios de bancada de laboratório que determinam os índices físicos dos materiais, como: teor de umidade, saturação, peso específico dos grãos, peso específico do solo, entre outros. Tais ensaios, devido ao menor grau de complexidade e maior facilidade de execução, são historicamente mais difundidos dentre as boas práticas da geotecnia e nos oferecem embasamento para análise do comportamento dos materiais.

● Ensaios Especiais: são ensaios que determinam propriedades mecânicas dos materiais, como ensaios de adensamento, triaxiais, cisalhamento direto, entre outros. Tais procedimentos, além de serem mais complexos, dependem de equipamentos específicos e cuidados especiais durante sua execução e interpretação.

Agora que você entendeu melhor a importância de reconhecer as características dos materiais envolvidos em um projeto e como isso é feito a partir dos ensaios de laboratório, conheça os cursos da Effyía sobre ensaios de laboratório!

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Por isso, separamos algumas dicas para que você possa, de uma forma assertiva, conseguir estabelecer um bom hábito de escrita. Leia-as a seguir:

1. Utilize escrita formal

Costumamos dizer que a escrita utilizada para um relatório técnico é aquela que se apresenta de forma culta ou formal. Mas por que escrever desta forma é importante?

Primeiramente, devemos ter em mente que, se soubermos escrever de forma culta, isso nos permitirá uma comunicação com precisão e eficiência. Por isso, esse tipo de escrita e fala é muito exigida e bastante valorizada hoje em dia pelo mercado de trabalho.

Além disso, devemos ter em mente que um relatório técnico é um documento sério, ou seja, não admite piadas, achismos ou ainda, linguagens coloquiais que utilizamos no nosso dia a dia. Para entendermos este item, basta analisarmos a escrita de um artigo científico.

Por fim, os sinais de maior atenção, em se tratando de uma escrita formal, são: regras de concordância, sintaxe, morfologia, semântica, ortografia, acentuação etc.

2. Siga a estrutura textual

Um relatório técnico é composto por: partes externas e partes internas. As partes externas compreendem a capa e contracapa. Já as partes internas, compreendem os elementos pré-textuais, textuais e pós-textuais.

Como elementos pré-textuais, temos: folha de rosto, agradecimentos, resumo na língua vernácula, lista de ilustrações, lista de tabelas, lista de abreviaturas, lista de símbolos, sumário. Já como elementos textuais, temos: introdução, desenvolvimento e considerações finais.

Já os elementos pós-textuais, podem ser: referência, glossário, apêndice, anexo e índice. A Figura 1 apresenta um esquema das partes internas e externas de um relatório técnico, bem como sobre as exigências de cada item (obrigatório ou opcional).

Figura 1 – Esquema relacionado às partes interna e externa de um relatório técnico

3. Leia muito

Encare essa dica como uma sugestão. Quem tem a prática da leitura consegue perceber, até nas entrelinhas, o que cabe e o que não cabe em um texto.

Proponha-se a ler de forma contínua e, se achar que é muito difícil, comece com o que você “dá conta” de ler. Mas, se não conseguir cumprir com o planejamento de leitura de um livro por mês, por exemplo, comece com 20 páginas por semana. Essa é uma das formas de estimular a leitura e também, de criar o hábito dela.

4. Evite ser prolixo

Pessoas prolixas são aquelas pessoas que “falam muito, mas não tem nada a dizer”, ou seja, pessoas que utilizam muitas palavras para escrever ou falar, porém, não sabem seguir uma ordem lógica de raciocínio e acabam por não saber sintetizar seus pensamentos.

Dessa forma, escritas prolixas acabam por gerar ruídos no texto e na comunicação. Portanto, evite textos e parágrafos muito longos e não tenha medo de simplesmente descartar todas as informações que julgar como inúteis no seu texto. Assim, é possível que você consiga transmitir ao leitor o que realmente quer dizer, evitando a prolixidade.

5. Não tenha medo de consultar o dicionário

É importante que saiba que até os professores de letras, por vezes, consultam o dicionário, afinal, sempre é possível que se depare com uma palavra até então desconhecida. Também é importante manter-se aberto a conhecer palavras novas, pois facilita – e muito – na hora de organizar as ideias para elaboração dos seus textos.

6. Pratique muito

É imprescindível que você tenha em mente que somente com a prática é que você terá êxito. Escrever muitas vezes não se configura como um talento nato e, portanto, pode ser uma habilidade desenvolvida. Com isso, se houver planejamento, esforço, treino, dedicação e paciência, com certeza enxergará seus avanços, que serão gradativos. Portanto, dedique-se!

Essas foram nossas seis dicas para escrever um relatório técnico claro e assertivo. Para mais dicas, acompanhe nossas publicações.

Referências

Figura 1 – UFPB – Universidade Federal da Paraíba. Manual para elaboração de relatório técnico-científico. 2017. Disponível em: https://www.ufpb.br/secretariado/contents/documentos/manual-de-elaboracao-relatorio-tecnico.pdf. Acesso em 25 mai. 2021.

UNYLEYA. Escrever bem: entenda por que a habilidade é tão importante. 2020. Disponível em: https://bit.ly/2Sndpai. Acesso em 25 mai. 2021.

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