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O BRAS DE CORRECÇÃO TORRENCIAL NA RIBEIRA DA STA LUZIA

NA ILHA DA MADEIRA

J. SOUSA CRUZ

O TEMPORAL DE 20 DE FEVEREIRO NA ILHA DA MADEIRA Lisboa, 16 de Dezembro de 2011

O BRAS DE CORRECÇÃO TORRENCIAL NA RIBEIRA DA STA LUZIA

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DEFINIÇÃO DE “TORRENTE”

São várias as definições de torrente.

De todas elas, os factores comuns associam-se a:

• Intensa pluviosidade concentrada;

• Bacias com tempos curtos de resposta;

• Declives acentuados e consequentes elevadas

velocidades de escoamento;

• Deslize e arraste de massas de vertentes e do leito.

(Extraído Study on Mitigation Measures against Debris Flow Disasters with Driftwood, Shrestha Badri

Bhakta . Kyoto University. 2009)

OBRAS DE CORRECÇÃO TORRENCIAL NA RIBEIRA DA STA LUZIA

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First record of debris flow in Hyderabad Har Hunza - Pakistan


EVENTO DE 20/2

Deslizamento de encostas

Galgamento do Leito

Deposição de material sólido

Destruição ou dano das infraestruturas


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As medidas identificam-se com a sua função na minimização, na defesa e na prevenção do risco, visando, nomeadamente:

A retenção de material sólido; A mitigação do transporte de material sólido;

A mitigação da vulnerabilidade das áreas expostas;

O controlo da exposição ao risco;

A previsão e aviso;

A formação e a informação ao público.

MEDIDAS DE PROTECÇÃO CONTRA “AS ALUVIÕES”


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Mitigação do transporte sólido:

• Construção de estruturas de intercepção de material sólido, propiciando a desaceleração do escoamento e a paragem da parte sólida, com retenção temporária: o Estruturas leves, do tipo barreiras de redes metálicas

o Estruturas pesadas, do tipo açudes.

SOLUÇÕES TÉCNICAS DE CORRECÇÃO TORRENCIAL ADOPTADAS

Tyrol, Austria


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As estruturas pesadas, do tipo açude, classificam-se nos tipos:

- Fechadas - Abertas: - uma ou mais aberturas (“slit dams”) - em grelha

As vantagens dos açudes abertos são, em primeira, análise:

• De natureza ambiental • De natureza hidráulica • De maior facilidade de limpeza.

ESTRUTURAS DE RETENÇÃO DE MATERIAL SÓLIDO

Mount Yakedake, Japão


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Mitigação de vulnerabilidade das áreas expostas:

• Construção de muros longitudinais;

• Consolidação/estabilização de taludes;

• Redefinição das secções de escoamento;

• Substituição e reparação de pontes.

SOLUÇÕES TÉCNICAS DE CORRECÇÃO TORRENCIAL ADOPTADAS

Ribª Sta. Luzia

Ribª Sta. Luzia


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Classificação expedita, através da introdução dos chamados Indices de Produção Potencial de Material Sólido (IPPMS).

Trata-se de uma caracterização aparente baseada em critérios de natureza geomorfológica e geotécnica que identifica a susceptibilidade das vertentes e do leito aos movimentos de massas, a volumetria e a dimensão do material sólido, em episódios de pluviosidade intensa

GEOMORFOLOGIA

Classificação IPPMS

Ribª Sta. Luzia


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VERTENTES Solos: P (1.) – Perigosidade da instabilidade do talude Pendente do talude (p) Vegetação (v) Proximidade da linha de água (la) Presença de água(a) P=∑p+v+la+a V(2.) – Volume de solo potencialmente instável: ≤ 1.000m3 1.000 a 10.000m3 ≥ 10.000m3 B(3.) – Percentagem de blocos na massa potencialmente instável: ≤ 25% 25 – 50% >50%

Rocha: P (1.) – Perigosidade da instabilidade da vertente rochosa Estrutura (e) Fracturação (f) Alteração (al) Presença de água (a) P=∑e+f+al+a V(2.) – Volume de solo potencialmente instável: ≤ 1.000m3 1.000 a 10.000m3 ≥ 10.000m3 LEITO DA RIBEIRA - LT 0 – Rocha D - Dureza da rocha 1 - Depósitos de aluvião A - Espessura (ep) - Dimensão dos blocos (d) - Ocupação total ou parcial do leito (o) A=∑ep+d+o

P.V.B. P.V.

LT 0.D.

LT 1.A.

Factores parciais da classificação IPPMS:


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GEOMORFOLOGIA

CLASSIFICAÇÃO IPPMS


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GEOMORFOLOGIA

PLANTA - IPPMS


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GEOMORFOLOGIA

PLANTA E PERFIL - IPPMS


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Neste contexto reconheceram-se três trechos do vale da ribeira de Sta Luzia com interesse estratégico: • km 8+600 a km 8+300 (cabeceira): controlo dos blocos de grande diâmetro com origem nas cristas basálticas

• km 8+300 a km 7+800: controlo dos Dv com grande expressão

• km 7+800 a km 5+ 375: controlo dos Dv com grande expressão e terraços marginais.


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Identificaram-se numa primeira fase, 5 secções, que passaram em definitivo a 4:

A5SL – km 8+500 ( eliminado no final da 1ª fase)

A4SL – km 7+410 A3SL – km 7+150

A2SL – km 6+675

A1SL – km 6+365



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AÇUDE A5SL

AÇUDES A4SL a A1SL

Ribeira de Sta. Luzia


Critérios de dimensionamento:

Episódios de “aluviões” com a mesma importância da do evento de 20/02

Metodologia de Lien (2003) que estabelece:

• O índice de vazão de sedimentos (P), e • O índice de retenção de sedimentos (ST)



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Metodologia de Lien(2003)



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Volumes de sedimentos produzidos e escoados até às secções de controlo dos açudes

Açude Sub-bacia Volume de material

sólido produzido (m3)

Volume total de material sólido afluente

ao açude (m3)

A4SL

Montante A4SL Min. - 21 452 Máx. – 53 631

53 631

Erosão do leito 2 000 2 000

55 650

A3SL

Entre A3SL e A4SL Min. – 4.359

Máx. – 10.898 10 898


12 900

A2SL

Entre A3SL e A4SL Min. – 166 Máx. - 416

416


2 415

A1SL

Sub-bacia 801 entre A1SL e A2SL

Min. – 2 496 Máx. – 6 240

6 240


8 240

Total de volume 79 205



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Legenda: Vsedim – volume de material sólido afluente ao açude; Vm - capacidade máxima de retenção do açude; Vsb – volume de material sólido que aflui para jusante do açude; Vsa – volume de material sólido que aflui ao açude; ST – Índice de retenção de sedimentos; P – Índice de vazão de sedimentos.

b/Dmáx=2



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Parâmetros de eficiência e volumes de sedimentos controlados pelos 4 açudes em cascata


Açude Cota H

pilares

Vsedim

(m3)

Vm

(m3)

Vsb

(m3)

Vsa

(m3) ST 1-P

Dmáx

(m)

Abertura

(m)

nº aberturas

Espessura dos pilares

(m)

A4 746,0 10 55650 11135 45320 55650 0,93 0,19 1,00 2,0 11,0 1,75

A3 708,0 10 12900 11160 47400 58220 0,97 0,19 1,00 2,0 10,0 1,75

A2 649,0 10 2415 24120 33070 49815 0,69 0,34 0,80 1,6 11,0 1,75

A1 622.0 10 8240 21800 31000 41310 0,47 0,25 0,50 1,0 16,0 1,75

TOTAL 79205 68215 31000 0,71 0,61

Volume de sedimentos circulados e retidos na cascata, segundo a metodologia de Lien, 2003)



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BATERIA DE 4 AÇUDES ABERTOS EM CASCATA


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AÇUDE ASL2 – CONDIÇÕES GEOLÓGICAS


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AÇUDE ABERTO ASL2


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AÇUDE ASL2 – CORTE - ALÇADO


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AÇUDE ASL2 – SECÇÃO TIPO DOS PILARES


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Verificações de estabilidade global e dimensionamento estrutural: Deslizamento Derrubamento,

segundo as Recomendações do GEO – Report nº 104 (2000) e do CFBR “Calcul des Barrages Poids”,

Estado limite último da capacidade resistente da fundação, segundo a NP EN 1997-1 (2010)

Tensões no corpo dos pilares e na interface açude-fundação

AÇUDES ABERTOS


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Açudes, segundo GEO – Report nº 104 (2000) e CFBR : Acções permanentes:

Peso próprio Impulso de terras Peso do material assoreado

Acções variáveis: Sismo Impulso hidroestático Subpressões

Acções acidentais: “Debris flow” Impacto dos blocos.

Muros, segundo a NP EN 1997 – 1 (2010): Acções permanentes: Peso próprio Impulso de terras

Acções variáveis Sismo Impulso hidroestático Subpressões

ACÇÕES CONSIDERADAS DE ACORDO COM AS RECOMENDAÇÕES E COMBINAÇÕES

NORMATIVAS


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Fboulder

Fdebris flow

Wstor

Fpass Fwat

Isub

Wsteam Fsurch

Wbase Fep

Wdebris flowr

VERIFICAÇÕES DE ESTABILIDADE GLOBAL

ACÇÕES


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pdebris flow = 3× d×vd2 [kN/m2],

onde: pdebris flow pressão dinâmica média de impacto do Debris Flow;

d densidade do Debris Flow, considerada igual a 16 kN/m3; vd velocidade de escoamento do Debris Flow;

[kN]

onde: mb massa do bloco, admitido com um diâmetro de 1.5 m e um peso volúmico b=25.5 kN/m3; vb velocidade do bloco; rb raio do bloco;

b coeficiente de Poisson do bloco, considerado igual a 0.18; Eb módulo de elasticidade do bloco, considerado igual a 15 GPa;

B coeficiente de Poisson do betão, considerado igual a 0.20; EB módulo de elasticidade do betão, considerado igual a 35 GPa;

ACÇÕES ACIDENTAIS

Lo, D.O.K. (2000). Review of Natural Terrain Landslide Debris-resisting Barrier Design. Geotechnical Engineering Office, Hong Kong, 91 p. (GEO Report No. 104)

Sun, H. W. (2003) - Design Bases for Standardised Modules of Landslide Debris. Resisting Barriers. Geo Report nº. 174.


onde: H força actuante tangencial à superfície de análise; R força resistente tangencial à superfície de análise; V força actuante normal à superfície de análise;

k ângulo de atrito mobilizado na zona de contacto entre os dois materiais. ca’ coesão mobilizada na zona de contacto entre os dois materiais A área da secção de análise não fissurada

onde: Mstb - Valor de cálculo do momento resistente (provocado pelas forças estabilizadoras), determinado em relação ao ponto mais desfavorável para a rotação do muro. Mdst - Valor do momento resultante actuante (provocado pelas forças instabilizadoras), determinado em relação ao ponto mais desfavorável para a rotação do muro.

VERIFICAÇÕES DE ESTABILIDADE GLOBAL


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OBRAS DE REGULARIZAÇÃO DOS CURSOS MÉDIO E INFERIOR DO LEITO

Travessões para fixação do leito

Estruturas longitudinais de protecção aos depósitos marginais e de ordenamento do escoamento

Alargamento das secções hidráulicas da ribeira para os caudais de projecto, com correcção de traçado e de secção, eliminando pontos difíceis e estrangulamentos

Correcção da inclinação de taludes a tardoz das estruturas longitudinais, susceptíveis de serem atingidos pelos níveis dos caudais de projecto


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Construção de estruturas de controlo de caudais e de dissipação de energia nas confluências com as linhas de água tributárias

Substituição de pontes sempre que a secção de vazão se revelou insuficiente ou que o estado de conservação estrutural o recomendasse;

Reforço de obras de arte existentes.

OBRAS DE REGULARIZAÇÃO DOS CURSOS MÉDIO E INFERIOR DO LEITO


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REBAIXAMENTO DA COTA DE BASE DO LEITO DO CANAL


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PLANEAMENTO DAS EMPREITADAS

Condicionamentos : Hidrológicos e hidráulicos Topográficos De acessibilidades Ambientais (intervenção nos ecossistemas) Interdependência das várias actividades de obra De obstrução das secções do vale em consequência da construção em

cascata dos açudes, dificultando o acesso às obras mais a montante.

Determinações: Trabalhos no período seco do ano (Abril a Setembro) Sequências de progressão de fecho dos açudes de jusante, por forma a que estes

não barrassem os trabalhos a montante


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TRABALHOS DE RECONHECIMENTO GEOLÓGICO E GEOTÉCNICO

No âmbito dos projectos : Sondagens mecânicas à rotação, acompanhadas da realização

de ensaios SPT e de ensaios de água do tipo Lefranc e Lugeon; Perfis sísmicos de refracção; Recolha de amostras intactas a partir dos furos das sondagens Ensaios de caracterização mecânica ( RCU com medição do

módulo de deformabilidade; deslizamento de diáclases).


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Parâmetros Geotécnicos de Projecto Tipo litológico Grau

alteração (SIMR)

Grau fracturação

(SIMR)

RQD

(%)

RMR

(kN/m3)

c/c'

(kPa)

/ '

(º)

E

(GPa)

Basalto compacto ( C)

W1-2 F2-3 > 60%

> 60 25 500 50 15 0,2 Brecha compacta

(brC) W2-3 F2-3 > 50%

Basalto fracturado ( F)

W2-3

F3-4 > 30%

41-60 22 90 40 1,5 0,26 Brecha compacta

(brC) W3-4

Tufo compacto ( C) W2-3 - -

Tufo alterado a compacto ( D - C)

W3-4 -

- < 40 20 60 - 80 30 - 35 0,25 - 1,0 0,28

Basalto fracturado ( F)

W4-5 F5

Depósitos de vertente (DV)

- - - - 19 15 - 30 25 - 30 0,02 0,3

Aluviões e depósitos de terraço (a / Q)

- - - - 22 0 40 - 45 0,10 - 0,15 0,28


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COMPLEMENTAR

Trabalhos de prospecção:

sondagens mecânicas, com colheita contínua de amostras remexidas e

colheita de amostras indeformadas (em rocha);

trincheiras de reconhecimento

Ensaios “in situ”:

ensaios de penetração dinâmica (SPT) – em Dv;

ensaios de absorção de água do tipo Lugeon, realizados com três patamares

de pressão, em troços de 5m.


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COMPLEMENTAR Ensaios de laboratório

analises granulométricas por peneiração e por peneiração com sedimentação;

limites de consistência;

teores em água natural;

ensaios de corte directo lento;

ensaios de determinação do peso específico;

ensaios de determinação de porosidade;

ensaios de determinação de absorção de água;

ensaios de resistência à compressão uniaxial, com medição do módulo de

defombabilidade (RCU);

ensaios slake durability;

ensaios Los Angeles.



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Obrigado pela atenção

FIM


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