AVALIAcAO DA ESTABILIDADE DAS ENCOSTAS DORESERVATORIO DA UHE MIRANDA

Jose Carlos Virgili

Antonio Carlos Magalhaes

ESC Consultoria e Engenharia Ltda.Rua Gonsalves Dias, 3.172 - 3° andar

CEP.: 30.140-093 - Belo Horizonte - MGE Mail: esc@construtel.com.br

RESUMO

O reservatorio da UHE Miranda e circundado por encostas basalticas (principalmente) e

gnaissicas . Estas encostas tem declividade media de 30° e maxima de 50-60°. Estao

recobertas quase que totalmente por coluvios basalticos argilosos, pouco susceptiveis a

erosao. Analises de estabilidade feita para estas encostas , para verificar o seu comportamento

quando da implantacao do reservatorio , considerando todos os aspectos pertinentes

(geologicos, geotecnicos , geomorfologicos , pedologicos , use e ocupacao do solo.

instabilidades ja instaladas , deplecao do reservatorio ), mostraram que as encostas sao estaveis,

nao devendo apresentar processos de ruptura relevantes apos o inicio de operarao da

hidreletrica . Esse projeto integra o Plano de Controle Ambiental - PCA, apresentado pela

CEMIG e aprovado pelo Conselho Estadual de Politica Ambiental - COPAM, dentro do

processo de licenciamento ambiental em curso nesse orgao.

I - INTRODU4AO

O trabalho apresenta resumidamente os estudos efetuados e resultados obtidos para a

avaliacao dos processos erosivos e da estabilidade das encostas, nas areas do entorno do

reservatorio da UHE Miranda. apos a implantacao do lago.

Os servicos foram coordenados pela IESA - Internacional de Engenharia S.A. e

desenvolvidos . no periodo de novembro de 1995 a marco de 1996, em parceria com a ESC

.\'.\7/ Senrinririo Nacional de Grandes Barragens 125

Consultoria e Engenharia Ltda. em estreita interacao corn a equipe tecnica da CEMIG.

responsavel pelos estudos e projetos ambientais.

2 - ALGUNS DADOS DO EMPREENDIMENTO

A UHE Miranda , pertencente a CEMIG - COMPANHIA ENERGETICA DE MINAS

GERAIS, e atualmente em final de construcao, esta localizada no rio Araguari, sudoeste do

Estado de Minas Gerais, ocupando areas dos municipios de Uberlandia , Uberaba, Indianopolis

e Nova Ponte . fazendo parte de um conjunto de empreendimentos , formados pelas UHE's de

Nova Ponte ( em operacao ) a montante e Capim Branco (a construir) a jusante (Figura 1).

O reservatorio sera formado por uma barragem de terra e enrocamento, corn uma crista de

1.050 m de comprimento, situada a cota 699 m e com 79 m de altura maxima, cobrindo uma

area de 50 km2 no seu nivel d'agua maximo normal, num comprimento aproximado de 85 km.

Com a operacao da UHE Miranda o nivel de agua do reservatorio tera oscilacoes ao longo do

ano. caracterizando uma faixa de deplecao, tendo como limites os seguintes niveis: N.A.

minimo normal = 693,00 m; N.A. maximo normal = 696,00 m. Em valores aproximados o

N.A. do reservatorio estara acima da cota 693,00 m em 100% do tempo, em 50% do tempo

estara acima da cota 695,7 m e em 93% do tempo estara acima da cota 694,5 m. 0

reservatorio tera uma faixa de deplecao de 3,0 m, oscilando, na maior pane do ano, entre as

cotas 694.5 m e 696,0 m. A velocidade de deplecao sera baixa, da ordem de 20 - 30 cm/mes.

3 - NIETODOLOGIA

3.1 - Fases de Estudo

Para o desenvolvimento dos estudos adotou-se a seguintes sequencia de estudos: definicao da

area de estudo, situada aproximadamente entre a cota 693,0 m (reservatorio) e 800,0 m;

levantamento e consulta a bibliografia e cartografia existente; fotointerpretacao geolbgica e

geomorfologica preliminar para identificacao dos dominios geologicos, geotecnicos e

geomorfologicos dos locais ja impactados ou susceptiveis a fenomenos erosivos, a

escorregamentos de encostas e a erosao por embates de ondas de origem eolica; cadastramento

de formas de use e ocupacao dos solos; levantamentos inicial de campo visando aferir a

totointerpretacao executada, formular preliminarmente os modelos de interesse, orientar uma

126 XXII Seminbrio Nacionai de Grandes Barragens

nova Ease do detalhamento da fotointerpretacao, identificar e caracterizar preliminarmente as

feicoes erosivos e de instabilidade de encostas; fotointerpretacao conclusiva visando a

consolidacao dos dominios e modelos, identificacao dos locais portadores de erosao, selecao

de encostas passiveis de ocorrencia de escorregamentos. A pre-selecao de encostas para

estudo mais detalhado de campo foi feita a partir de suas declividades. Foram selecionadas

para estes estudos aquelas corn declividades superiores a 25° num total de 45; levantamento

conclusivo de campo visando o detalhamento dos aspectos geologicos, geotecnicos,

geomorfologicos, pedologicos, de use e ocupacao do solo; caracterizagdo detalhada dos focos

erosivos e das encostas passiveis de escorregamentos, quanto as suas causas, previsao de

evolucao e criticidade; consolidacao dos modelos geologico, geotecnico, geomorfologico e

pedologico; elaboracao de mapas tematicos; analise de estabilidade das encostas; elaboracao

de mapas com as areas de risco quanto a escorregamento de encostas e solapamento por

embate de onda, com graduacao de criticidade, areas portadoras de erosao.

3.2 - Caracterizacao da Area

• Geologia e Geotecnia

A area e constituida basicamente por basaltos que constituern a unidade geologica mais

importante para os estudos. Gnaisses ocorrem localizadamente na porcao jusante do

reservatorio. nas proximidades da barragem, e tambem na porcao montante, proximo a UHE

Nova Ponte. A unidade basaltica e composta por quatro derrames, quase sempre intercalados

por camadas centimetricas a metricas de arenito silicificado. A1em do arenito, observa-se entre

os derrames ocorrenci.as de basalto amigdoloidal, quase sempre mais intemperizado que os

outros niveis basalticos. A diversidade de derrames associados aos basaltos confere ao relevo

o aspecto escalonado, estando as areas planas no contato entre os derrames, e as escarpas ou

encostas de major declividade, desenvolvidas num tinico derrame. A area dos entornos do

reservatorio encontra-se praticamente toda recoberta por solos coluvionares argilosos. de

proveniencia basaltica, que estao assentados sobre solo residual, saprolito, substrato rochoso

basaltico (predominante) ou gnaissico. Estes solos estao descritos resumidamente a seguir. Os

parametros de resistencia (coesao e angulo de atrito) e peso especifico associados foram

estimados a partir de bibliografia, principalmente do projeto da UHE Nova Ponte, e tambem

com base na experieneia tecnica da equipe que desenvolveu os estudos, adquirida em

XX/I Sentintirio Naeional de GrandesBarragens 127

trabalhos realizados em macicos semelhantes. Os valores utilizados foram adotados

considerando-se tambem a escala do estudo em questao, ou seja, encostas com pequenas

espessuras de solo, cujos valores de SPT sao inferiores a 10 golpes.

- solos aluvionares : sao restritos no dominio do reservatorio em estudo. Os depositos ativos

ocorrem no leito do rio Araguari , atualmente sendo explorados como material de

construFao em diversos pontos do trecho estudado; sAo, neste caso , bastante arenosos.

Ocorrem ainda os terracos aluvionares antigos , compostos por areias, argilas e siltes, na

forma de platos pouco extensos , alcados logo acima do leito do rio. Todos os aluvioes

serao totalmente inundados pelo reservatorio.

- solos coluvionares : sao os solos mais importantes para o estudo em questao; recobrem

praticamente toda a area de interesse ; tern proveniencia basaltica e constituicao argilo-

arenosa ou argilo-siltosa, com presenca, em alguns locais, de fragmentos de rocha de

diferentes dimensoes (diametro maximo de 30 cm ) e estagios de decomposicao; sua

espessura varia em geral de 4 m nas encostas mais suaves a poucos centi : metros nas

encostas mais ingremes ; cor marrom avermelhada; coesao de 2,0 tf/m2, angulo de atrito de

25° e peso especifico de 1,6 tf/m3. Quando no dominio dos gnaisses , o horizonte

coluvionar , tambem de proveniencia basaltica, mas com alguma influencia de fonte

gnaissica . tem constituicao predominante argilo-arenosa e os parametros de resistencia c

indice fisico sao: coesao de 2,0 tf/m2 , angulo de atrito de 27° e peso especifico de 1,6

tf/m3. Em ambos os casos estes solos tern Como caracteristica geotecnica marcante,

principalmente para o estudo em questao , a sua baixa susceptibilidade a erosao.

solo residual maduro de basalto: aparece abaixo do coluvio e e muito semelhante a este, a

excecao da presenca de fragmentos de rocha imersos na matriz argilosa . Na maior parte

dos casos a muito dificil a distincao entre estes dois tipos de solo. Para efeito da estimativa

de espessura , considerou - se este horizonte de solo residual como parte do horizonte de

coluvio, isto e , as espessuras estimadas para este ultimo englobam os dois horizontes. Tern

coesao de 2,0 tf/m2, angulo de atrito de 2 5° e peso especifico de 1,7 tf/m3. A semelhanca

do horizonte coluvionar . a muito pouco susceptive ] a erosao.

solo residual jovem de basalto : aparece abaixo do horizonte constituido pelo coluvio/solo

residual maduro de basalto . Em muitos locais, principalmente naqueles de topografia mais

ingreme . este solo praticamente nao aparece. ou tern espessura muito pequena, com o

coluvio/solo residual maduro estando assentado diretamente sobre o macro rochoso. Nits

/28 XX/l Semindrio Nacional de Grandes Barragens

encostas mais suaves, inferiores a 30°, sua espessura a de cerca de 2 m. Tern constituigao

argilo-siltosa a areno-argilosa (areia fina), cor vermelho arroxeado/amarelado, coesao de

1.5 tf?m , angulo de atrito de 30° e peso especifico de 1,7 tf/m3. E medianamente a pouco

susceptive] a erosao.

solo residual maduro de gnaisse: como no caso do solo residual de basalto, este horizonte

e muito semelhante ao coluvio, sendo dificil a distingao entre os mesmos. Sao, no entanto,

mais espessos, devido ao dominio dos gnaisses ser caracterizado por uma maior tendencia

a decomposigao do que os basaltos. Tern coesao de 0,5 tf/m`, angulo de atrito de 29° e

peso especifico de 1,7 tf/m3. E muito pouco susceptivel a erosao.

solo residual jovem de gnaisse: nao foram considerados no estudo, apesar de serem muito

susceptiveis a erosao. Aparecem no entanto em encostas suaves e recobertos por grandes

espessuras de solos argilosos (coluvios e/ou solos residuals maduros de basalto ou

<gnaisse), que impedem a sua exposigao.

talus: no dominio dos basaltos podem ocorrer alguns raros depositos de talus. Sao pouco

espessos (1 a 2 m) e com blocos pequenos (diametro de ate 30 cm).

No dominio dos basaltos , principalmente nas encostas mais suaves , o contato do solo residual

com o macigo rochoso e transicional . Entre estes dois horizontes aparece um saprolito

constituido por uma mistura de solo com blocos de rocha medianamente a muito decomposta.

Abaixo deste aparece o macigo rochoso, com sua pane superior muito ou medianamente

alterada e muito fraturada. Sao frequentes , principalmente nas encostas corn declividade maior

que 40-45°, os afloramentos de rocha sem nenhuma cobertura ou entao sob delgada camada

de coluvio ( no maximo 50 cm). Em muitos casos esta rocha , quando muito decomposta e

fraturada apresenta processo de esfoliagao esferoidal de blocos.

As espessuras dos solos sao variaveis , dependendo da declividade da encosta e de sua origem.

As encostas menos ingremes apresentam maiores espessuras de coluvio e de solo residual. 0

dominio gnaissico e caracterizado por uma maior tendencia a decomposigao que os basaltos e

o seu horizonte de solo residual normalmente e mail espesso e suas encostas bastante suaves,

com declividades inferiores a 25°.

Para efeito das analises e de acordo com as observagoes de campo estabeleceu-se uma

correlagao aproximada e conservadora , para efeito de estabilidade , entre a declividade das

encostas e espessuras dos solos, conforme apresentado adiante no item 3.4.1.

.\"\7l Semin4rio Nacional de Grandes Barragens 129

As areas de gnaisse, por terem uma declividade media muito baixa, na faixa de proximidade

as bordas do reservatorio, nao sao propensas ao fenomeno de escorregamento e nao foram

consideradas para analises deste tipo de fenomeno de instabilidade.

A maior espessura do pacote de solo estudado refere-se ao coluvio/solo residual maduro. A

espessura de solo residual jovem raramente ultrapassa 2 m. o mesmo acontecendo com a

espessura de saprolito.

• Geomorfologia

Na area de interesse a unidade geomorfologica de maior significado frente a implantacao do

futuro reservatorio e a de vertentes convexas e patamares estruturais . Sao zonas de encostas

convexas ingremes e patamares estruturais escalonados evoluidos durante o Quaternario sobre

rochas basalticas cretaceas , predominantemente recobertas por decomposicoes argilosas "in

situ". pouco espessas, corn afloramentos rochosos e rampas de coluvio argilosos.

• Pedologia

Predominam na area do estudo os solos corn horizonte B textural, ou seja, terra roxa, e

podzolicos. seguidos dos latossolos e cambissolos. Os solos com horizonte B textural

apresentam como principal caracteristica um incremento do teor de argila do horizonte A para

o B. A argila transloca-se do horizonte A, depositando-se nas superficies das estruturas

(agregados) do horizonte B, formando a cerosidade. Esta caracteristica dificulta a infiltracao

da agua favorecendo o processo de erosao da camada aravel (30 cm). A diferenca neste caso

entre a terra roxa e os podzolicos a devida ao material de origem, o primeiro a originario do

basalto e o seguindo a relacionado com as rochas do embasamento (gnaisse).

• Uso e ocupacao do solo

Predominam na area as ocupacoes por pasto e pasto sujo (88%), seguidas por mata/capoeira.

As areas cultivadas ou ocupadas por reflorestamento significam apenas 3% da area do entorno

do reservatorio.

• \'entos e ondas

A principal direcao dos ventos tem azimute 225°, com velocidade media de 13 km/h e

mLixima de 80 km/h. Este posicionamento medios dos ventos indica que podera ocorrer

/.?(I XXII Seminario Nacional de Grandes Barragens

I

formaFao de ondas direcionadas de nordeste para sudoeste. Os ventos de nordeste sao

aproximadamente perpendiculares ao cixo de major alongamento do reservatorio, indicando

que em locais onde o lago encontre-se encaixado, a acao dos ventos na formacao de ondas

sera bern reduzida devido ao bloqueio topografico do confinamento do reservatorio. 0

direcionamento dos ventos para o azimute 225° podera gerar ondas que afetarao mais

efetivamente a margem esquerda do reservatorio (Figura 1). Para calculo das dimensoes das

ondas foram selecionadas duas encostas, mapeadas como tendo possibilidade de

escorregamento e, situadas frontalmente a direcao dos ventos dominantes. Uma das areas tem

uma grande extensao de reservatorio defronte ela e foi considerada , a princIpio. como mais

crjtica em termos de formacao de ondas e a outra, com pequena extensao de reservatorio

frontal. como pouco critica. Os valores maximos de altura de ondas obtidos foram de 1.76 m

para a primeira encosta e de 0,70 m para a segunda.

3.3 - Indjcios de Instabilidade

A Area de Entorno do reservatorio a caracterizada pela ocorrencia de sulcos e ravinas, ao

longo de parte de sua extensao. Associada quase sempre as encostas recobertas por rampas de

coluvio argilo-arenosos ou argilo-siltosos de origem basaltica , utilizadas para pastagens, a

erosao ocorre mais comumente em locais com declividades que variam entre 15 e 30°. A

origem do processo erosivo esta associada, inicialmente, ao desmatamento e use intensive da

area por pastagens. que. com o pisoteio. favorece o processo de rastejamento do solo. 0 solo

desprotegido e saturado e movimenta-se muito lentamente encosta abaixo. 0 rastejo ocorre

preferencialmente em segmentos suavemente concavos das encostas, onde se concentra o

escoamento pluvial. A saturacao do pacote de coluvio / solo residual maduro, principal

causador do rastejo. tem como superficie de base a rocha subjacente, mais impermeavel. Os

rastejamentos sao acompanhados por abatimentos do solo, estando quase sempre

desenvolvidos em sequencias lineares de alta a baixa encosta. As trincas geradas por estes

processor fztvorecem a concentracao da agua das chuvas e o injcio dos sulcamentos, que

podem evoluir para ravinas. Nao verificou-se no campo, na area de interesse ou proximo dela.

nenhum escorregamento de qualquer porte, mesmo em locais ja afetados por awes antropicas

(estradas. culturas. etc.).

X.\71 Seminririo N'acionalde Grandes Barragens 131

3.4 - Analises de Estabilidade

3.4.1 - Premissas basicas

Para a execucao das analises foram adotadas as seguintes premissas:

• Declividade das encostas x espessura de solo: de acordo corn o observado no campo e

apresentado anteriormente adotou-se, simplificadarnente e conservadoramente a relacao

apresentada na Tabela 1.

TABELA1

DECLIVIDADE DAS ENCOSTAS x ESPESSURA DE SOLO

DECLIVIDADE (°)ESPESSURA MEDIA DE SOLO (m)

Maximo Minimo

30 20 5

40 30 3

50 40 1

- 50 0,5

• Tipo e caracteristicas do solo : para a elaboracao das analises de estabilidade considerou-

se. conservadoramente , que todo o horizonte de solo a constituido por coluvio/solo

residual maduro . Este tipo de solo, tern resistencia global ao cisalhamento inferior a do

solo residual j ovem e/ou saprolito subjacente.

• Altura do escorregamento : considerou - se que a altura maxima de urn eventual

escorregamento seria de 10 m. De urn modo geral , a partir desta altura, o relevo torna-se

ingreme devido a presenca das escarpas basalticas , corn a rocha estando praticamente

aflorante.

• Fator de seguranca : o fator de seguranca usualmente considerado como minimo aceitavel

para encostas como as do reservatorio da UHE Miranda (pequenas alturas susceptiveis a

escorre(,amentos , baixa espessura de solo. inexistencia de sinais previos de instabilidade.

132 XXII Semindrio Nacional de Grandes Barragens

I

reservatorio estreito e com baixa deplerao, talude de pequena responsabilidade, ou seja,

cuja ruptura nao acarretara grandes danos) e de 1,1.

• Modelos de Analise: em funcao do modelo geotecnico determinado para as encostas do

reservatorio (taludes com altura sujeita a instabilizacoes de cerca de 10 m, apresentando

horizonte superficial de coli vio/solo residual maduro, sobreposto a material mais

resistente), pode-se classificar os potenciais mecanismos de ruptura como caracteristicas

de escorregamentos translacionais de solo.

• Metodos de Analise: o metodo de analise de Janbu para analise de estabilidade de

superficies nao circulares planares e adequado para o caso em questao, permitindo ainda

avaliar a sensibilidadc do coeficiente de seguranca das encostas a diferentes situacoes de

nfveis freaticos e, consequentemente, de poropressoes no interior do macigo.

• Parametros para analise: foram considerados nas analises os parametros de resistencia e

indices fisicos abaixo apresentados, e discutidos anteriormente.

coesao: 2,0 Kgf/m`

angulo de atrito:25°

condicoes de saturacao:

total, correspondendo ao abaco 5 de Hoek e Bray

parcial com o nfvel freatico interceptando o talude a 1/3 da altura (abaco 3 - Hoek

e Bray)

parcial, com o nfvel freatico interceptando o talude no pe (abaco 2 - Hoek e Bray)

3.4.2 - Resultados Obtidos

Os resultados obtidos das analises de estabilidade das encostas estao apresentados na

I ahela

.V.V// Se,ninririo Naeional de Grander Barragens 133

TABELA2RESULTADOS DAS ANALISES DE ESTABILIDADE

SITUACAO DE ANALISE FATOR DE SEGURANCA

ALTURA TALUDE (m) ANGULOTALUDE (°) ESPESSURA SOLO (m) COND .SATURACAO METODO

JANBU

(1) 1,24

30° (2) 1,69

(3) 1,87

5,00 (I) 1,83

20° (2) 2,39

(3) 2.63

(1) 1,10

40° (2) 1,50

(3) 1,63

3,00 (1) 1,43

10,00 30° (2) 1,73

(3) 2,04

(I) 1.55

50° (2) 2,02

(3) 2,10

1,00 (1) 2,04

400 (2) 2,43

(3) 2,56

(1) 3,00

50° 0,50 (2) 3.39

(3) 3,48

Lc,,enda:

(1) Total (abaco 5 - Hoek e Bray).

( 2) Parcial com o nivel freatico interceptando o talude a 1 /3 da altura (abaco 3 - Hoek e Bray).

(3) Parcial com a freatica interceptando o talude no pd (abaco 2 - Hoek e Bray).

4 - AVALIAcAO DE RISCO

Com base nas observacoes de campo, nos resultados das analises de estabilidade efetuadas e

na experiencia da equipe tecnica foi criada uma escala de criticidade da estabilidade das

encostas. considerando-se os diferentes fatores intervenientes, visando obter a percepcao da

potencialidade da ocorrencia de rupturas.

134 X // Seminbrio Nacional tie Grandes Barragens

Alto risco:

muitos sinais de rastejo e erosao em toda a encosta ; declividade em torno de 30-40°; espessura

de solo de 3 a 5 m: fator de seguranca inferior a 1,1; volume mobilizado grande , em caso de

escorregamento : encosta sujeita a solapamento basal causado por ondas formadas pelo vento:

vegetacao tipo pasto.

Baixo risco:

pouco ou nenhum sinal de rastejo: declividade inferior a 30° ou superior a 50°; espessura de

solo inferior a 3 m; fator de seguranca superior a 1,1; volume mobilizado pequeno em caso de

escorregamento; encosta pouco sujeita a solaparnento basal causado por ondas; formadas pelo

vento; vegetacao mais densa (mata , capoeira).

Considerou-se como de medio risco situacoes intermediarias entre as duas apresentadas

acima.

De acordo com este criterio apenas 9 encostas foram consideradas como de medio risco e o

restante de baixo risco. 0 fator preponderante pars a classificacao das primeiras foi o embate

de ondas.

5-CONCLUSOES

Das observacoes de campo efetuadas e dos resultados obtidos das analises de estabilidade

pode-se concluir em relacao a avaliacao de risco que: a probabilidade de ocorrencia de

rupturas nas encostas marginais ao reservatorio a muito pequena. Mesmo considerando-se

uma situa4ao conservadora em termos de seguranca , como aquela de declividade superior a

30°. espessura de solo de aproximadamente 5 m e saturacao total da massa eventualmente

propensa a escorregamento , o fator de seguranrca e superior a 13. Os solos que capeiam as

encostas. nas proximidades da linha do reservatorio sao muito pouco susceptiveis a erosao.

Deste modo. mesmo com a ocorrencia de ondas formadas pelo vento , o eventual solapamento

do pe das encostas sera minimizado pela caracteristica de resistencia do solo a este fenomeno.

Caso eventualmente venha a ocorrer alguma ruptura , esta mobilizara um volume pequeno de

material pots a espessura maxima na area de solo na area de interesse e de aproximadamente 5

I'll.

.C:\71 Semindrio Nacional de Grandes Barragens 135

6 - 13113LI OGRAFIA

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136 XXII Seminario Nacional de Grandes Barragens

LEGENDA

0 CIDADE

DISTRITO

RODOVIA (FEDERAL.ESTADUAL)

BARRAGEM

LIMITE DA AREA DE INFLUENCIA

DRENAGEM

REFERENCIA - MAPA GEOGRAF(CO DOESTADO DE MINAS GERAIS - 1980- 10 A

ESCALA 1:500.000 -ATUALIZADO.

5 10 15

ESCAIA ORIGINAL 1 : 500.000

Figura I - Mapa da situacdo

km

XXII Seminr rio Nacional de Grandes Barragens 137