Erosão em sulcos

No documento TRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO (páginas 40-0)

3.2 TIPOS DE EROSÃO

3.2.2 Erosão em sulcos

Lepsch (2002) afirma que a erosão em sulcos ocorre em função de a superfície do solo não ser uniforme, ou seja, devido à presença de irregularidades na superfície que contribuem para que o fluxo das enxurradas siga por um caminho preferencial e, assim, se concentre em canais específicos. Quando este evento ocorre em encostas, a água pode convergir para outros canais já acentuados, ocasionando o aprofundamento destes.

Filho (2014) define os sulcos como canais que foram gerados devido à concentração de água proveniente de escoamento superficial, responsável por gerar incisões em forma de filetes, atingindo baixas profundidades do relevo (figura 3.2).

Figura 3.2- Erosão em sulcos. Extraído de Santana (2019)

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21 3.2.3 Erosão em ravina

Segundo Rego (1987) a erosão em ravina se dá pela intensificação da erosão em sulcos com o aumento da sua largura e profundidade. Alguns fatores foram citados por este autor como sendo os responsáveis pela intensificação da erosão, como as fortes chuvas que provocam o aumento do escoamento e geram eventos de queda das paredes laterais das canaletas. O autor observou ainda, que a erosão em ravina ao atingir o saprólito passa a se orientar de acordo com as estruturas da rocha matriz, como a foliação.

Oliveira (1994) e Cerri et al. (1997) classificam as ravinas como estruturas que apresentam forma alongada, possuindo o comprimento em unidades superiores à largura. Além disso, definem que a profundidade das ravinas pode ser variável, porém sem alcançar o lençol freático e sem a ocorrência de ramificações (figura 3.3).

Figura 3.3 - Erosão em ravina. Imagens disponíveis em: https://www.preparaenem.com/geografia/erosao.htm, acesso em 31/08/2021.

3.2.4 Erosão em voçoroca

Rego (1987) define a erosão em voçorocas como um fenômeno resultado de um estágio mais avançado do ravinamento, podendo apresentar formas variadas, como cavernas, buracos ou canais profundos. De acordo com Almeida Filho (2014), as voçorocas ocorrem devido ao aprofundamento das ravinas no terreno atingindo o lençol freático. Desse modo, a combinação entre água subsuperfical e superficial seria responsável por aumentar a velocidade do processo erosivo.

Já para outros autores, como Santos (2002) as voçorocas são feições que se desenvolvem a partir de um processo erosivo que tem como principal agente a água das chuvas. Durante o escoamento superficial laminar, estas podem se concentrar gerando sulcos que são os responsáveis por formar as ravinas e a evolução destas últimas ocasiona o surgimento de voçorocas.

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Segundo o Instituto de Pesquisa e Tecnologia – IPT (1990), as voçorocas são caracterizadas pela queda de blocos, afloramento do lençol freático e/ou surgência de água, sendo que fatores dimensionais como profundidade, largura e espessura não são considerados.

Para Pichler (1953) as voçorocas, denominadas por ele como boçorocas são formas erosivas que apresentam formato em “V”, estreitas, profundas e com flancos íngremes. Quanto à profundidade, estas podem alcançar de 15 a 30 metros ou até mesmo atingir centenas de metros (figura 3.4).

Figura 3.4 - Ilustração de processos erosivos com a formação de voçorocas. Extraído de Santana (2019)

Futai et al. (2005) propõem um modelo de evolução para as formas erosivas que se desenvolvem em solos não saturados, a partir do escorregamento retrogressivo, que se iniciaria devido à perda de coesão do solo e desestabilização do talude, principalmente em eventos de chuva, em consequência ocorrem os escorregamentos rotacionais (Figura 3.5).

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Quanto ao formato das voçorocas, existem diversas classificações a respeito do tema. Para este trabalho será adotada a classificação proposta por Ireland et al. (1939) apud Bigarella (2003), que indicou as seguintes classes, baseadas na morfologia: linear, bulbiforme, dendrítica, em treliça e paralela (Figura 3.6).

Figura 3.6- Representação das formas das voçorocas de acordo com Ireland et al. (1939).

Figura 3.5 - Modelo evolutivo dos processos erosivos que culminam no desenvolvimento de voçorocas. Modificado de Futai et al. (2005).

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CAPÍTULO 4 4 CLASSIFICAÇÃO GEOMECÂNICA DE MACIÇOS ROCHOSOS

4.1 INTRODUÇÃO

Neste capítulo é apresentada uma breve definição sobre os maciços rochosos e métodos geotécnicos utilizados neste trabalho. As análises geotécnicas são diversas, englobando tanto o estudo de rochas quanto de solos, sendo os últimos os mais explorados quando se investigam voçorocas.

Contudo, considerando a análise do maciço rochoso associado à voçoroca em estudo, foram utilizados dois métodos principais: a classificação geomecânica do maciço do tipo Rock Mass Rating (RMR) de Bieniawski (1989), para avaliar a qualidade do maciço e a análise cinemática de talude a fim de se fornecer um possível modelo de ruptura dos taludes verificados na voçoroca.

4.2 MACIÇO ROCHOSO

Serra Junior & Ojima (1988) caracterizam um maciço rochoso como um conjunto de blocos de rocha justapostos, também denominada por Bieniawski (1989) como uma massa rochosa que é separada por descontinuidades. Quanto ao grau de isotropia do meio, Serra Junior & Ojima (1988) relacionam-no a quantidade de descontinuidades e a escala que elas representam no material de análise. Portanto, é imprescindível a análise tanto do material intacto quanto das descontinuidades (Bieniawski 1989). E, para Oliveira & Brito (1998), a matriz heterogênea em conjunto com as descontinuidades perfazem o maciço rochoso.

4.2.1 Descontinuidades

Jacques (2014) classifica descontinuidades como elementos, a maioria de origem geológica, que cortam e delimitam a matriz rochosa. Além disso, o autor afirma que as descontinuidades desempenham papel fundamental no comportamento geomecânico do maciço, especialmente no tocante a resistência, visto que as rupturas podem ocorrer nesses planos de fraqueza

A International Society for Rock Mechanics (ISRM 1978) define as descontinuidades como superfícies naturais em que a resistência à tração é baixa ou muito baixa. Fiori & Carmignani (2009) caracterizam as juntas, falhas, contatos litológicos como as descontinuidades mais comuns presentes nos maciços.

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26 4.2.2 Características das descontinuidades

A seguir são apresentadas algumas das principais características das descontinuidades de acordo com o que é proposto por ISRM (1978), considerando-se a relevância destas para análise e classificação deste trabalho. Vale ressaltar que nem todas as características foram tratadas neste tópico, pois foram descritas no tópico sobre Rock Mass Rating (RMR).

4.2.2.1 Orientação

A orientação de um plano é a atitude desse plano e é medida considerando-se a direção e o mergulho do plano (figura 4.1). A direção é o ângulo formado entre o norte geográfico e a linha de interseção do plano da descontinuidade com o plano horizontal. O mergulho é obtido medindo-se o ângulo de inclinação do plano da descontinuidade com o plano horizontal (Magalhães & Cella 1998).

Figura 4.1- Orientação de um plano, em que α representa a direção do plano e β o ângulo de mergulho do plano.

Barton (1978).

4.2.2.2 Persistência

A persistência de acordo com a classificação sugerida pela ISRM (1978) está relacionada à extensão que uma descontinuidade ocupa em um plano. Suas dimensões podem ser calculadas analisando-se o comprimento do traço dessa descontinuidade no maciço. Fiori & Carmignani (2009) classificam a persistência como a área ocupada por uma descontinuidade. Na tabela 4.1 encontra-se a classificação da persistência.

Tabela 4.1- Classificação da Persistência, ISRM (1978)

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27 4.2.2.3 Espaçamento

O espaçamento pode ser definido, de acordo com Fiori & Carmignani (2009) como a média da distância entre as descontinuidades de uma mesma família. A tabela 4.2 contém a classificação do espaçamento de acordo com ISRM (1978).

4.2.2.4 Grau de fraturamento

Oliveira & Brito (1998) definem o grau de fraturamento como o inverso do espaçamento.

Guidicini et al. (1972) avaliam o fraturamento através da quantificação do número de fraturas que ocorrem por metro, em uma determinada direção, como está ilustrado na tabela 4.3.

4.3 RMR (Rock Mass Rating)

O sistema RMR (Rock Mass Rating) trata-se de um modelo de classificação geomecânica proposto por Bieniawski. O modelo adotado para uso neste trabalho refere-se ao divulgado em 1989, após modificações da versão inicial do trabalho de Bieniawski em 1973.

Tabela 4.3 - Grau de Fraturamento, Guidicini et al. (1972) Tabela 4.2 - Classificação do espaçamento, ISRM (1978)

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Bieniawski (1989) propôs um modelo de classificação baseado em seis parâmetros, a saber:

resistência da rocha intacta, Rock Quality Designation (RQD), espaçamento entre as descontinuidades, condição das descontinuidades, presença de água e orientação das descontinuidades (tabela 4.4 e 4.5).

Esses parâmetros são agrupados em faixas de valores, ou seja, cada item possui um peso atribuído a ele e o somatório desses parâmetros fornece o índice RMR que corresponde a uma das cinco classes de qualidade do maciço, tabela 4.6.

Para a aplicação da metodologia, Bieniawski (1989) propõe que o maciço seja dividido em regiões que possuam características semelhantes e uniformes. Estas regiões estruturais são individualizadas considerando-se as descontinuidades que delimitam essas seções, tais como falhas, fraturas, zona de cisalhamento, dentre outras.

Este sistema é considerado de simples aplicação, de acordo com Bieniawiski (1988), pois os parâmetros podem ser obtidos através de mapeamento geológicoou através de investigação geotécnica utilizando-se furos de sondagem. Contudo, o autor faz uma observação referente à necessidade de classificação de todos os parâmetros citados, pois a ausência de algum deles pode inviabilizar a execução do estudo.

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Tabela 4.4 - Parâmetros de classificação RMR. Adaptado de Bieniawski (1989)

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Para maior detalhamento das descontinuidades e análise mais crítica dos parâmetros associados, pode-se utilizar a tabela abaixo (tabela 4.5).

Tabela 4.5 - Valores associados às descontinuidades por parâmetro. Modificado de Bieniawski (1989)

O Parâmetro de resistência da rocha intacta é quantificado por Bienawski (1989) através dos ensaios de carga pontual e compressão uniaxial. Dada a inviabilidade de realização destes ensaios em laboratório, os mesmos serão estimados através de testes realizados em campo. A tabela 4.7, contém as informações sobre a determinação da resistência de forma indireta.

Tabela 4.6- Classes de atribuições RMR. Adaptado de Bieniawski (1989)

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Tabela 4.7- Classificação da resistência. Modificado de ISRM (1978)

4.4 ANÁLISE CINEMÁTICA EM TALUDE DE ROCHA

A análise cinemática de taludes trata-se de uma metodologia que tem por objetivo identificar pontos em que o maciço apresenta comportamento pouco estável e, dessa forma, prever possíveis rupturas (Fiori & Carmignani 2009). Hoek & Bray (1981) definem quatro principais modelos de ruptura e a sua representação estereográfica (figura 4.2), que são: ruptura planar, ruptura em cunha, tombamento de blocos e escorregamento circular.

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Segundo Azevedo e Marques (2006) a estabilidade de um talude está condicionada à presença de descontinuidades que representam planos de fratura, local onde o maciço apresenta menor resistência. Os parâmetros do maciço como a resistência e deformação estão relacionados às condições em que eles ocorrem, tais como persistência, espaçamento, orientação e propriedades mecânicas dos planos em que ocorrem. Bieniawski (1989) sugere que as análises de materiais rochosos devem compreender tanto as caraterísticas do material intacto, a massa rochosa, quanto das descontinuidades, sendo esta segunda de maior relevância na investigação.

Para realizar a análise cinemática do talude, inicialmente, deve-se determinar as famílias de descontinuidades, estruturas essas que devem apresentar características similares, principalmente a orientação. Para tal análise, utiliza-se a bússola de geólogo para obter a atitude de fraturas, falhas, juntas, foliação, dentre outros tipos de descontinuidades. Posteriormente, os dados estruturais são plotados e analisados em projeção estereográfica ou inseridos em softwares especializados como o Stereonet 11, que pode ser obtido gratuitamente através do link:

http://www.geo.cornell.edu/geology/faculty/RWA/programs/stereonet.html.

O software Stereonet 11 é um programa que possibilita diversas avaliações de um maciço rochoso, dentre elas a cinemática de modelos de ruptura. Este software possui como principais parâmetros para a avaliação de modelos de ruptura, a face do talude, as descontinuidades principais como fraturas, foliação e acamamento, plano de escorregamento e ângulo de atrito. Através da análise espacial das estruturas citadas, o programa fornece informações sobre os pontos mais críticos do talude, que são os locais mais propensos a sofrerem algum tipo de escorregamento.

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Figura 4.2- Principais tipos de ruptura em talude e representação em projeção estereográfica. Adaptado de Hoek & Bray (1981).

4.4.1 Ângulo de atrito

A estimativa do ângulo de atrito das descontinuidades proposta por Barton (2002) encontra-se na equação 4.1 seguinte:

φr = tan−1(𝐽𝑟𝐽𝑎) (Equação 4.1)

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Em que φr é o ângulo de atrito, Jr e Ja são, respectivamente, os valores de rugosidade e alteração, propostos por Barton et. al. (1974). As tabelas 4.8 e 4.9 apresentam as classificações desses parâmetros.

Tabela 4.8- Valores de rugosidade (Jr) para o sistema de classificação Q. Modificada de Barton et. al. (1974).

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Tabela 4.9- Valores de alteração (Ja) para o sistema de classificação Q. Modificada de Barton et al. (1974).

4.4.2 Ruptura circular

Este tipo de ruptura ocorre em rochas de baixa competência, muito alteradas ou fraturadas, nas quais o maciço apresenta comportamento de solo (Fiori & Carmignani 2009). Segundo Pereira (2012) a ruptura circular ocorre em maciços muito intemperizados, em função de as descontinuidades apresentarem pouca relevância no processo, devido à baixa resistência da rocha alterada. Na figura 4.3 há uma representação esquemática desse modelo de ruptura.

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Figura 4.3- Esquema representativo da ruptura circular. Modificada de Duncan & Christopher (2005)

4.4.3 Ruptura planar

Wyllie & Mah (2004) propõem alguns critérios (Figura 4.4) para a ocorrência deste tipo de ruptura, são eles:

i) O mergulho do plano de escorregamento deve ser inferior ao ângulo de inclinação da face do talude (ψp<ψf);

ii) O mergulho do plano de escorregamento deve ser maior que o ângulo de atrito deste plano (ψp>ϕ);

iii) O mergulho do plano de escorregamento não deve variar em cerca de 20°, em relação à direção da face do talude;

iv) A extremidade superior da superfície de escorregamento deve interceptar o plano de topo do talude ou terminar em uma fenda de tração;

v) As superfícies de alívio lateral do maciço rochoso devem apresentar baixa resistência ou o plano de escorregamento deve passar pela porção convexa do talude (Figura 4.5).

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37 4.4.4 Ruptura em cunha

Wyllie & Mah (2004), propõem as seguintes condições para ocorrência desse modelo de ruptura (figura 4.6):

i) Existência de dois planos com direções opostas e que devem, necessariamente, se interceptar;

ii) A linha proveniente da interseção dos dois planos (representada no estereograma por um ponto) deve ter ângulo de mergulho menor que a inclinação da face do talude e ser maior que o ângulo de atrito médio dos dois planos de descontinuidades (ψfi> ψi> ϕ);

Figura 4.4 - Critérios para ocorrência de ruptura planar. A) Seção transversal com foco nos planos que formam a falha; B) Superfícies e extremidades do plano; C) Espessura do plano. Modificado de Wyllie & Mah (2004).

Figura 4.5 - Esquema representativo da ruptura planar através das suas estruturas planares. Parizzi et al.

(2010)

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iii) A linha de mergulho deve mergulhar para fora da face para que o escorregamento possa ocorrer. A orientação da linha é definida pelo ângulo (αi) e sua inclinação por (ψi).

4.4.5 Ruptura por tombamento

Segundo Wyllie & Mah (2004) a ruptura por tombamento envolve a rotação de colunas ou blocos de rochas sobre uma base fixa. Goodman e Bray (1976) descrevem três tipos de ruptura por tombamento:

tombamento flexural, tombamento por blocos e tombamento bloco-flexural (figura 4.7).

Figura 4.6- Ruptura em cunha A) Geometria da ruptura em cunha; B) Projeção dos planos no estereograma; C) Ângulos relacionados ao movimento. Modificado de Wyllie & Mah (2004).

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39 A) Tombamento flexural

De acordo com Dilascio (2004), o tombamento flexural ocorre com maior frequência em taludes que foram escavados em litologias como sedimentares estratificadas e metamórficas foliadas.

Ainda de acordo com este autor, algumas condições da geometria também se fazem necessárias à ocorrência deste movimento, tais como: a direção da foliação ou estratificação deve ser praticamente paralela à direção do talude e ter mergulho em sentido oposto a este. Outros litotipos também são passíveis de ocorrência de tombamento flexural, mas é necessário que haja pelo menos uma família de descontinuidade que obedeça às condições de geometria citadas anteriormente (Figura 4.7-a).

Goodman & Bray (1976) propõem uma condição matemática para a ocorrência do tombamento flexural nas descontinuidades que possuem mergulho em direção oposta à do talude, a saber:

Figura 4.7 - Tipos de ruptura por tombamento. A) Tombamento flexural, B) Tombamento de blocos, C) Tombamento bloco-flexural. Modificado de Goodman & Bray (1976).

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(90 – β) + θ < β’, em que β é o ângulo de mergulho do talude, β’ é o ângulo de mergulho da descontinuidade que possui direção distante do talude de até 10º e θ é o ângulo de atrito.

B) Tombamento de blocos

Benko (1997) caracteriza este modelo de ruptura como uma geometria em forma de escadarias que é constituída por juntas ortogonais que se situam na posição primária das trincas (Figura 4.7 b).

Piteau e Martín (1982) mencionam que as colunas de rochas são divididas por juntas e estas em função de sua geometria e condições mecânicas podem sofrer tombamento de blocos.

Hudson & Harrison (1997) propõe dois critérios para este modelo de ruptura. O primeiro deles refere-se à existência de dois planos de descontinuidade cuja interseção tenha mergulho contrário ao mergulho do talude. E o segundo que trata da base do bloco, segundo o qual ocorre um plano de descontinuidade, o que permite a formação do bloco susceptível ao tombamento.

Wyllie & Mah (2004) descrevem algumas condições cinemáticas (figura 4.8) para a ocorrência desta forma de ruptura,

i) A força peso deve estar fora do centro de gravidade do bloco, atendendo a condição:

∆x/y < tan ψp;

ii) Existência de duas descontinuidades que se cruzam, sendo uma a favor da inclinação da vertente e a outra contra;

iii) A descontinuidade que possui mergulho contra a vertente deve possuir ângulo de mergulho maior que 90- ϕp

,

em que ϕp é o ângulo de atrito;

iv) A descontinuidade que possui mergulho a favor da vertente deve possuir ângulo de mergulho menor que o ângulo de atrito interno;

v) A direção de mergulho dessas duas descontinuidades identificadas devem se situar dentro da condição de 20º do rumo de mergulho da face da vertente;

vi) O ângulo de mergulho do plano da base do bloco deve ser menor que o ângulo de atrito, ou seja, ψp < ϕp.

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41 C) Tombamento bloco-flexural

Este tipo de movimento trata-se de uma combinação entre tombamento e escorregamento de blocos (Wong et al. 2005), e ocorre como resultado do deslocamento de juntas transversais (Figura 4.7- c). Segundo Hoek & Bray (1981) este modelo é um resultante intermediário entre os campos de deslocamentos contínuos do tombamento flexural e descontínuo do tombamento de blocos.

4.5 MÉTODO AUXILIAR 4.5.1 Geoprocessamento

O geoprocessamento é uma ferramenta muito utilizada em interpretações e análises, principalmente para identificar descontinuidades, padrões de drenagem, feições geológicas, dentre outras (Feitosa et al. 2008).

4.5.2 Mapa de lineamentos

Para obtenção deste modelo de mapa podem ser traçados lineamentos morfoestruturais que correspondente à feições de grande porte que compõem a estrutura do relevo, como drenagens,

Figura 4.8 - Condições cinemáticas do tombamento por blocos . A) Altura e largura do bloco para tombamento B) Direções de tensão e deslizamento C) Condições para deslizamento D) Projeção estereográfica. Fonte: Wyllie & Mah (2004)

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fraturas, cristas e vales, utilizando-se imagens sombreadas do relevo e o modelo digital de elevação (MDE) que pode ser obtido através da plataforma Alaska: https://search.asf.alaska.edu. O MDE trata-se de um modelo gerado através do satélite Alos com o trata-sensor Palsar e apretrata-senta resolução espacial de 12,5 metros. Esse modelo representa as altitudes das superfícies topográficas associada a elementos geográficos existentes sobre ela, como coberturas vegetais.

Os lineamentos morfoestruturais podem ser traçados manualmente, utilizando-se o MDE juntamente com a imagem de relevo sombreada, com o uso das ferramentas Hillshade do ArcTollbox.

Para melhor interpretação dos dados, é possível gerar a densidade desses lineamentos, utilizando-se a ferramenta Kernel Density do ArcGIS 10.2 e, para obtenção dos azimutes desses lineamentos pode-se utilizar ferramenta AzimuthFinder, como é proposto por Queiroz et al. (2014). Por fim, as estruturas são interpretadas através do software OpenStereo com a geração do diagrama de rosetas.

4.5.3 Mapa de declividade

A declividade de um terreno em relação ao plano horizontal pode ser representada através do mapa de declividade (INPE), o resultado deste tipo de mapa é representado em graus (0° a 90°) ou em porcentagem e tem como objetivo avaliar a influência da topografia sobre as feições erosivas. Para geração deste modelo de mapa, pode-se utilizar dados do Alos Palsar, obtidos através da plataforma Alaska, como consta no tópico 4.5.1 e, estes dados são então tratadas no software ArcGIS 10.2 com uso das ferramentas Slope e Reclassify.

CAPÍTULO 5 5 RESULTADOS E DISCUSSÕES

5.1 LEVANTAMENTO DE DADOS DE CAMPO 5.1.1 Caracterização das voçorocas de estudo

Foi realizado o mapeamento geológico-geotécnico da área, a fim de identificar e caracterizar

Foi realizado o mapeamento geológico-geotécnico da área, a fim de identificar e caracterizar

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