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UNIVERSIDADE FEDERAL DE VIÇOSA AMADO PEREIRA DE CERQUEIRA NETTO ESTABILIDADE DE TALUDES EM FAIXAS DE DOMÍNIO DE FERROVIAS VIÇOSA – MINAS GERAIS 2016 AMADO PEREIRA DE CERQUEIRA NETTO ESTABILIDADE DE TALUDES EM FAIXAS DE DOMÍNIO DE FERROVIAS Monografia apresentada à Universidade Federal de Viçosa, como parte das exigências do Curso de Pós-Graduação Lato Sensu em Recuperação de Áreas Degradadas, para a obtenção do título de Especialista em Recuperação de Áreas Degradadas. Orientador: Eduardo A. G. Marques VIÇOSA – MINAS GERAIS 2016 3 AMADO PEREIRA DE CERQUEIRA NETTO ESTABILIDADE DE TALUDES EM FAIXAS DE DOMÍNIO DE FERROVIAS Monografia apresentada à Universidade Federal de Viçosa, como parte das exigências do Curso de Pós-Graduação Lato Sensu em Recuperação de Áreas Degradadas, para a obtenção do título de Especialista em Recuperação de Áreas Degradadas. APROVADA: A minha esposa, Laura Pin, por compartilhar dos mesmos sonhos. AGRADECIMENTOS Ao Instituto Brasileiro do Meio Ambiente e dos Recursos Naturais Renováveis pela oportunidade de aprimorar meus conhecimentos. À Diretoria de Uso Sustentável da Biodiversidade e Florestas e ao Centro Nacional de Desenvolvimento e Capacitação de Recursos Humanos pelos esforços na concretização do curso de pós-graduação. Aos colegas da Coordenação de Transportes pela parceria cotidiana. À equipe da Universidade Federal de Viçosa, especialmente aos colegas Rita Maria de Souza e Eduardo Marques, pela dedicação e presteza. À empresa Vale S.A., especialmente aos colegas Cléber Almeida, Renzo Albieri e Maximiliano Benedetti, pelo apoio prestado no desenvolvimento deste trabalho. RESUMO O modal ferroviário representa 30% da matriz de transportes do Brasil e se destaca por sua eficiência no transporte de cargas. Contudo, o sistema ferroviário brasileiro é obsoleto e com extensão insuficiente para atender à necessidade de escoamento das diversas regiões produtoras de commodities e produtos industrializados espalhadas em seu território. O governo brasileiro reconhece o problema e vem investido na criação de programas que tem como alvo a modernização e ampliação da malha ferroviária do país. A alta demanda por serviços de terraplenagem dos projetos ferroviários é responsável pela numerosa quantidade de taludes construídos em suas faixas de domínio, além de diversos impactos ambientais. O controle da estabilidade desses taludes é imperativo à segurança da operação ferroviária, além de exigência do licenciamento ambiental desses empreendimentos, principalmente no tocante à recuperação de áreas degradadas e ao controle de processos erosivos. Este trabalho discute problemas de instabilidade de taludes comuns às faixas de domínio de ferrovias e as soluções mais adotadas pelos empreendedores do setor. Palavras-chave: Transporte ferroviário, licenciamento ambiental, recuperação de áreas degradadas, estruturas de contenção. ABSTRACT Railroads represent 30% of Brazil's transportation matrix and the modal stands out for its efficiency in cargo transport. However, Brazilian railway system is obsolete and has an inadequate extension to meet the needs of its various commodities and manufactured producing regions. The Brazilian government recognizes the problem and has been investing in programs that target the railway network increase and modernization. The high demand for earthworks demanded by railway projects is responsible for the numerous embankments built in their influence area, also for several environmental impacts. Slope stability control is imperative to the safety of railway operation and is also an environmental licensing requirement, particularly for land rehabilitation and soil erosion control. This work discusses the common slope instability problems on Brazilian railway and the solutions usually taken by its owners. LISTA DE FIGURAS Figura 1 - Malha ferroviária brasileira (2015)..............................................................15 Figura 2 - TAV Rio de Janeiro – Campinas.................................................................16 Figura 3 - Ferrovias PIL 2............................................................................................17 Figura 4 - Seções de terraplenagem...........................................................................20 Figura 5 - Corte e aterro..............................................................................................22 Figura 6 - Viaduto e ponte...........................................................................................23 Figura 7 - Viaduto e túnel............................................................................................24 Figura 8 - Tipos de movimentos de massa.................................................................32 Figura 9 - Fluxograma de obras de estabilização de taludes.....................................41 Figura 10 - Reconformação geométrica de taludes....................................................43 Figura 11 - Drenagem superficial................................................................................44 Figura 12 - Bioengenharia (esquerda e centro) e geotêxtil (direita)...........................45 Figura 13 - Muros de arrimo........................................................................................47 Figura 14 - Cortina cravada.........................................................................................48 Figura 15 - Cortina atirantada.....................................................................................49 Figura 16 - Solo grampeado........................................................................................50 Figura 17 - Terra armada e estaca raiz.......................................................................51 Figura 18 - EFC e RFSP..............................................................................................52 Figura 19 - Localização do RFSP................................................................................53 Figura 20 - Pátio de cruzamento.................................................................................55 Figura 21 - Plataforma em seção de corte..................................................................55 Figura 22 - Emboque norte (túnel 3) e viaduto ferroviário..........................................55 Figura 23 - Pera ferroviária.........................................................................................55 Figura 24 - Montagem do carregador de vagões........................................................55 Figura 25 - Seção transversal km 11+160..................................................................59 Figura 26 - Relatório fotográfico do km 11..................................................................60 Figura 27 - Projeto km 11............................................................................................61 LISTA DE TABELAS Tabela 1 - Sistema ferroviário 2015............................................................................14 Tabela 2 - Transporte regular de passageiros.............................................................15 Tabela 3 - Classificação de movimentos de encosta..................................................31 Tabela 4 - Fatores deflagradores dos movimentos de encosta..................................34 Tabela 5 - Principais problemas em taludes de rodovias de São Paulo.....................37 Tabela 6 - Coeficientes de segurança e condições de estabilidade...........................44 Tabela 7 - Técnicas de estabilização de taludes.........................................................44 Tabela 8 - Composição da mistura de sementes........................................................60 LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS ADME Área de Deposição de Material Excedente ANTT Agência Nacional de Transportes Terrestres ABGE Associação Brasileira de Geologia de Engenhariae Ambiental PBA Plano Básico Ambiental CNT Confederação Nacional do Transporte DHP Dreno Horizontal/Sub-horizontal Profundo DNIT Departamento Nacional de Infraestrutura de Transportes EA Estudo Ambiental EFC Estrada de Ferro Carajás EIA Estudo de Impacto Ambiental EPL Empresa de Planejamento e Logística S.A. FLONA Floresta Nacional IAEG International Association Engineering Geology IBAMA Instituto Brasileiro do Meio Ambiente e dos Recursos Naturais Renováveis ICMBIO Instituto Chico Mendes de Conservação da Biodiversidade IN Instrução Normativa LC Lei Complementar LI Licença de Instalação LO Licença de Operação OAE Obra de Arte Especial PAC Programa de Aceleração do Crescimento PAC 2 Programa de Aceleração do Crescimento – Fase 2 PEAD Polietileno de Alta Densidade PIL Programa de Investimentos em Logística PIL 2 Programa de Investimentos em Logística – Fase 2 PNMA Política Nacional do Meio Ambiente PNLT Plano Nacional de Logística e Transportes PRAD Programa de Recuperação de Áreas Degradadas RAD Recuperação de Áreas Degradadas RFSP Ramal Ferroviário Sudeste do Pará SISNAMA Sistema Nacional do Meio Ambiente TAV Trem de Alta Velocidade SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO.........................................................................................................12 2 EMPREENDIMENTOS FERROVIÁRIOS................................................................13 2.1 FERROVIAS NO BRASIL.....................................................................................13 2.2 PROJETOS DE FERROVIAS...............................................................................18 2.3 ASPECTOS LEGAIS E LICENCIAMENTO AMBIENTAL......................................25 3 TALUDES EM FAIXAS DE DOMÍNIO DE FERROVIAS.........................................29 3.1 INSTABILIDADE DE TALUDES............................................................................29 3.1.1 Movimentos de massa.....................................................................................29 3.1.2 Agentes causadores........................................................................................33 3.1.3 Ocorrências em faixas de domínio de ferrovias...........................................34 3.2 TÉCNICAS DE ESTABILIZAÇÃO DE TALUDES E RAD......................................39 3.2.1 Estudos de investigação.................................................................................40 3.2.2 Técnicas de estabilização de taludes............................................................41 4 ESTUDO DE CASO: RAMAL FERROVIÁRIO SUDESTE DO PARÁ....................52 4.1 O EMPREENDIMENTO........................................................................................52 4.2 OBRIGAÇÕES NO PROCESSO DE LICENCIAMENTO AMBIENTAL................56 4.2.1 Subprograma de monitoramento e controle de processos erosivos.........56 4.2.2 Programa de recuperação de áreas degradadas..........................................57 4.3 OCORRÊNCIA NO RFSP.....................................................................................58 4.3.1 Retaludamento no km 11.................................................................................58 5 CONCLUSÃO..........................................................................................................62 REFERÊNCIAS...........................................................................................................64 12 1 INTRODUÇÃO Segundo o Plano Nacional de Transporte e Logística – PNLT (2011), o transporte ferroviário tem representatividade de 30% na matriz de transportes brasileira. O modal tem importância estratégica para o desenvolvimento nacional, possibilitando a movimentação de grandes quantidades de carga por longas distâncias, com fretes competitivos e baixo índice de emissões de poluentes. Dada sua relevância como alternativa logística, o setor é contemplado por um importante programa do Governo Federal. O Programa de Investimento em Logística – PIL prevê, em sua segunda etapa, investimentos da ordem de 86,4 bilhões de reais na construção, modernização e manutenção de 7,5 mil quilômetros de linhas férreas. Apesar de o aumento e modernização da malha brasileira configurar-se como alvo no desenvolvimento da infraestrutura do país, a instalação ferroviária é uma obra de grande porte, cujo projeto impacta a qualidade ambiental das regiões em que se insere. As limitações impostas ao traçado de uma ferrovia são, em boa parte, responsáveis pelo numeroso quantitativo de terraplenagem demandado em seus projetos. Como consequência, geram-se faixas de domínio nas quais os inventários robustos de taludes de corte e aterro requerem grandes esforços de monitoramento e manutenção, a fim de garantir a segurança operacional da via permanente1. Considera Brina (1983) que o deslizamento de taludes dos cortes ou quedas de barreiras está entre as principais causas de interrupção no tráfego de trens. As interrupções no tráfego das estradas de ferro acarretam prejuízos diretos (despesas com obras a serem reparadas ou construídas) e indiretos, com atraso ou perda de transportes, acarretando diminuição da receita. Nada obstante, a manutenção da estabilidade de taludes é uma medida de mitigação de impactos ambientais, imposta aos empreendedores do setor nos processos de licenciamento ambiental. Nesse contexto, este trabalho visa discutir problemas relacionados à estabilização de taludes construídos em faixas de domínio de ferrovias. Serão avaliadas técnicas usadas na estabilização, suas afinidades com a recuperação de áreas degradadas e um estudo de caso no Ramal Ferroviário Sudeste do Pará. 1 Conjunto das instalações e equipamentos que compõem as partes da estrada de ferro. 13 2 EMPREENDIMENTOS FERROVIÁRIOS 2.1 FERROVIAS NO BRASIL Inaugurada em 30 de abril de 1854, a Estrada de Ferro Mauá foi a primeira ferrovia brasileira. A linha, com 14,5 km e bitola de 1,68 m, permitiu a integração das modalidades de transporte aquaviário e ferroviário, introduzindo a primeira operação intermodal do Brasil. Nessa época, as ferrovias eram empreendimentos desenvolvidos por empresas privadas nacionais e estrangeiras interessadas na política de incentivos do Governo Imperial para o setor. Buscava-se ligar as diversas partes do país sem que houvesse uma maior preocupação na compatibilização geométrica das estradas de ferro, o que trouxe consequências até hoje perceptíveis ao sistema ferroviário do país, tais como: • Diversidade de bitolas – dificulta a integração operacional entre as ferrovias; • Traçados excessivamente sinuosos e extensos; • Traçados desenvolvidos em centros urbanos – invasão da faixa de domínio; • Ferrovias localizadas no país de forma dispersa e isolada. Importante eixo de desenvolvimento nacional, a Estrada de Ferro Central do Brasil teve sua operação iniciada no ano da Proclamação da República, em 1889. Ela interligava os estados do Rio de Janeiro, Minas Gerais e São Paulo, e tinha um enorme movimento de pessoas e cargas. O Governo Vargas foi responsável por iniciar, no século XX, o processo de saneamento e reorganização das estradas de ferro. Nesse período, houve a encampação de empresas estrangeiras e nacionais, inclusive estaduais, que se encontravam em má situação financeira. Em 1957, criou-se a Rede Ferroviária Federal Sociedade Anônima – RFFSA, que unificou 18 estradas de ferro pertencentes à União em quatro sistemas regionais (Sistemas Regionais Nordeste, Centro, Centro-Sul e Sul). Em decorrência de problemas financeiros vividos pela RFFSA, o Governo Federal a incluiu no Plano Nacional de Desestatização – PND. Na década de 1990, concedeu-se ao setor privado a operação e manutenção de sete malhas regionais, 14 realizando, assim, a liquidação da empresa. Também, em 1998, outorgou-se o direito de exploração das ferrovias Estrada de FerroCarajás – EFC e Estrada de Ferro Vitória a Minas – EFVM à Vale S.A. Atualmente, o sistema brasileiro conta com cerca de 29.291 quilômetros de ferrovias distribuídas em 15 malhas, nas quais se realiza, majoritariamente, o transporte de cargas. Na tabela 1, é apresentada a organização do sistema ferroviário brasileiro, também ilustrado na figura 1. Tabela 1 - Sistema ferroviário 2015. OPERADORAS ORIGEM BITOLA TOTAL Larga Métrica Mista América Latina Logística Malha Norte (ALLMN) - 735 - - 735 América Latina Logística Malha Oeste (ALLMO) RFFSA - 1.953 - 1953 América Latina Logística Malha Paulista (ALLMP) RFFSA 1533 305 269 2107 América Latina Logística Malha Sul (ALLMS) RFFSA 7223 - 7223 Vale S.A. (EFC) - 997 - - 997 Vale S.A. (EFVM) - - 888 - 888 Ferrovia Centro-Atlântica (FCA) RFFSA - 6904 130 7041 Ferrovia Norte-Sul Tramo Norte (FNS)* - 745 - - 745 Estrada de Ferro Paraná Oeste (FERROESTE) - - 248 - 248 Ferrovia Tereza Cristina (FTC) RFFSA - 163 - 163 MRS Logística (MRS) RFFSA 1708 - 91 1799 Ferrovia Transnordestina Logística (FTL) RFFSA 4257 20 4277 Ferrovia Norte-Sul Tramo Central (FNS)* - 815 - - 815 Jari Celulose S.A. (EFJ) - 70 - - 70 Indústria e Comércio de Minério S.A. (EFA) - 194** - - 194 Mineração Rio do Norte S.A. (EFT) - - 36 - 36 Subtotal 6603 21977 510 29291 * Subconcessão da Valec – Engenharia, Construções e Ferrovias S.A. ** Bitola Standard (1,435 m). Fonte: (CNT, 2015) (modificado). Em relação ao transporte de passageiros, apenas quatro linhas regulares encontram-se em atividade. As linhas em operação2 encontram-se na tabela 2. Tabela 2 - Transporte regular de passageiros. TRECHO UF EXTENSÃO (KM) Corcovado/Cosme Velho RJ 3,8 Curitiba/Morretes/Paranaguá PR 110 Parauapebas/São Luis PA/MA 870 Vitória/Belo Horizonte ES/MG 664 Fonte: ANTT. 2 Excluídas as linhas turísticas. 15 Figura 1 - Malha ferroviária brasileira (2015). Fonte: (CNT, 2015). 16 A importância estratégica do modal ferroviário tem reconhecimento manifestado nos diversos planos e programas de governo criados com vistas à expansão e modernização das linhas de ferro brasileiras. O PNLT, o Programa de Aceleração de Crescimento – PAC e o PIL são alguns exemplos. O PNLT foi criado pelo Ministério dos Transportes com o objetivo de formalizar e perenizar uma base de projetos a serem implementados, mediante investimentos públicos e privados, em horizontes de médio e longo prazos (CNT, 2015). Criado em 2007, o PAC visa estimular o crescimento econômico do país por meio de investimentos em infraestrutura. O programa encontra-se em sua 2ª fase, PAC 2. Em relação ao modal ferroviário, busca investir R$ 91 bilhões em obras de duplicação, melhorias e construção por meio de concessões de 10 mil quilômetros de ferrovias. Dos 27 projetos ferroviários contemplados pelo PAC, destacam-se a Ferrovia Nova Transnordestina, Ferrovia de Integração Oeste Leste – FIOL, Ferrovia Norte Sul – FNS e o Corredor Ferroviário de Santa Catarina. O PAC 2 prevê, ainda, um projeto de Trem de Alta Velocidade – TAV, que fará a ligação entre Rio de Janeiro/RJ e Campinas/SP. A primeira tentativa de licitação do TAV Rio de Janeiro – Campinas foi fracassada devido ao modelo de concessão 3 não ter se mostrado atrativo ao mercado. O modelo foi redesenhado em 2012 (com maior participação do Governo no risco do empreendimento), contudo, o edital da nova licitação encontra-se suspenso. A figura 2 ilustra o traçado referencial do TAV brasileiro. Figura 2 - TAV Rio de Janeiro – Campinas. Fonte: EPL. 3 Caberia ao vencedor do certame a responsabilidade de elaborar o projeto, construir e implantar a infraestrutura e os sistemas ferroviários, operar e manter o sistema durante 40 anos. 17 O PIL foi lançado em 2012 e encontra-se em sua segunda fase, PIL 2. A projeção de investimentos é de R$ 86,4 bilhões em cinco novas concessões e em concessões já realizadas. Os projetos previstos nessa fase do PIL são: Ferrovia Norte Sul4 (trechos Açailândia/MA – Barcarena/PA, Palmas/TO – Anápolis/GO, Anápolis/GO – Estrela D’Oeste/SP, Estrela D’Oeste/SP – Três Lagoas/MS), Ferrovia Rio de Janeiro – Espírito Santo, Ferrovia Lucas do Rio Verde/MT – Itaituba/PA e Ferrovia Bioceânica (GO/MT/RO/AC). A figura 3 ilustra os empreendimentos do PIL 2. Neste programa, destaca-se a Ferrovia Bioceânica, que ligará o país desde o Porto de Açu, no Rio de Janeiro, até uma saída no oceano Pacífico, no Peru. Sua previsão de investimento é de R$ 40 bilhões5. Figura 3 - Ferrovias PIL 2. Fonte: Ministério dos Transportes. 4 A FNS será concedida em 2 lotes: lote 1 (trechos Açailândia/MA – Barcarena/PA, Palmas/TO – Anápolis/GO) e lote 2 (Anápolis/GO – Estrela D’Oeste/SP, Estrela D’Oeste/SP – Três Lagoas/MS). 5 Somente referente ao trecho brasileiro. 18 Em linhas gerais, o sistema ferroviário brasileiro é notavelmente insuficiente em extensão para atender às diversas regiões produtoras do país. O transporte regular de passageiros é praticamente inexistente. Cerca de 75% da malha brasileira é composta por ferrovias antigas, assentadas em bitola métrica, o que restringe a produtividade e a conseguinte competitividade do setor. Além das limitações operacionais impostas por projetos obsoletos, as ferrovias antigas apresentam traçados inseridos em diversos núcleos urbanos e, segundo o CNT (2015), essa situação ocasiona a diminuição da velocidade da composição em até oito vezes. Em contrapartida, nos últimos anos, o Governo tem reconhecido a importância do modal e procura fomentar o desenvolvimento do setor. Os esforços, nesse sentido, materializam-se, principalmente nos programas PAC e PIL e suas atualizações. 2.2 PROJETOS DE FERROVIAS Os projetos de ferrovias são exigentes quanto às suas características geométricas, principalmente em relação às curvas – horizontais e verticais – e à declividade de rampas. A curva é definida como o trecho da via em que o alinhamento muda continuamente de direção. Seu raio mínimo deve ser projetado de forma a permitir a inscrição da base rígida dos truques6 dos carros e locomotivas, além de limitar o escorregamento entre roda e trilho (PORTO, 2004). A rampa é um segmento de reta inclinado que une diferentes cotas em uma ferrovia. Na transição entre rampas (rampas retas, rampas-rampas), são instaladas as curvas de concordância vertical. Adota-se a concordância vertical por meio de uma curva (curva de concordância vertical), a fim de suavizar a passagem de um greide7 reto para outro. Se a passagem de um greide a outro fosse feita diretamente, acarretaria um movimento anormal nos veículos (BRINA, 1988). Equívocos nos cálculos de raios mínimos e rampas máximas podem ocasionar diversos problemas à operação ferroviária. Dentre os quais, destacam-se o descarrilhamento, tombamento, choque e compressão dos veículos, distribuição 6 Conjunto de rodas, montadas em eixos dispostos paralelamente em uma plataforma. 7 Perfil longitudinal de uma estrada de ferro. 19 desigual da carga nos eixos, tensões anormais nos engates e a sobrecarga das locomotivas. Brina (1988) esclarece que, no caso de um veículo percorrendo uma trajetória circular em uma via ferroviária estabelecida num plano horizontal, a força centrífuga o deslocará no sentido do trilho externo, provocando neste um forte atrito por meio dos frisos das rodas. Se a grandeza da força centrífuga exceder um determinado limite, poderá ocorrer o tombamento do veículo. Outrossim, o projeto de construção de uma linha férrea deverá fornecer as condições de via permanente necessárias ao atendimento das premissas da operação ferroviária pretendida (velocidade, carga transportada, eficiência, etc.). As forças que retardam o movimento do material rodante8 são classificadas como resistência dos mancais, resistência de rolamento, resistência aerodinâmica e resistência de curvas (ISLER, 2010). Alémdessas, considera Isler (2010) que a força de rampa oferece resistência ao movimento em aclives e contribui para o movimento em declives. A resistência total ao movimento é dada pela somatória das parcelas supracitadas. A resistência das curvas é devida ao atrito lateral entre o friso das rodas da composição9 e os trilhos. A adoção de raios de projeto maiores implica na diminuição da resistência das curvas e, por conseguinte, na melhoria da qualidade do traçado da via. Em contrapartida, o custo do projeto é aumentado. Além disso, o raio mínimo de projeto é fator determinante para a definição da velocidade limite do material rodante e, portanto, deve estar de acordo com a operação da via. A resistência de rampas em aclive é oferecida pelo desnível topográfico a ser vencido pelo material rodante. Quanto maior a inclinação da rampa, maior a resistência conferida ao movimento. Dessa maneira, rampas suaves são menos prejudiciais à eficiência das locomotivas. Em rampas de 0,5%, a força tratora da locomotiva é aumentada 2,7 vezes; em rampas de 1,0%, o esforço do trator é aumentado 4,3 vezes; e em rampas de 1,5%, o esforço do trator aumenta 6 vezes (KIFFER, 2015). A definição da rampa máxima de projeto deve considerar a capacidade de reboque das locomotivas que circularão na via, de forma a permitir que a composição tenha a eficiência de transporte desejada. Também, rampas em declive 8 Veículos capazes de se movimentar entre trilhos. 9 Um ou vários veículos ligados entre si e capazes de se movimentar entre trilhos. 20 devem ser projetadas em conformidade com a capacidade de frenagem do material rodante. Dessa maneira, as limitações impostas pelas curvas e rampas são fatores que restringem a concepção do traçado de uma ferrovia. Elas podem configurar-se como impeditivos à adoção de trechos em desvios de acidentes geográficos como lagos, rios, montanhas, vales, serras, morros e depressões e, nesse sentido, acabam por ser demandadores de grandes obras de terraplenagem, em magnitude e/ou quantidade. A terraplenagem tem como objetivo dotar a faixa de domínio do empreendimento com as condições geométricas compatíveis ao greide definido em projeto. Em concordância com os gabaritos de projeto, as vias permanentes são assentadas em plataformas construídas em seções de corte10, de aterro11 ou mistas12. Exemplos de seções transversais de corte, aterro e mista são apresentadas na figura 4. Seção em aterro Seção em corte Seção mista Figura 4 - Seções de terraplenagem. Fonte: (VALE, 2012) (modificado). Os cuidados de monitoramento e manutenção dessas seções são importantes para garantir a segurança do tráfego na via e continuidade da operação ferroviária, além de evitar potencial degradação ao meio ambiente. 10 Seção que envolve a escavação de material. 11 Seção que envolve a deposição e compactação de material de escavação. 12 Seção que envolve os serviços de corte e aterro. 21 Não menos importante, são ainda construídos taludes em estradas de serviço, áreas de empréstimo13 e bota-foras14 (também intitulados como áreas de deposição de material excedente – ADMEs) previstos no projeto. Esses também deverão compor o escopo da manutenção ferroviária. Além dos serviços de terraplenagem, os empreendimentos ferroviários demandam obras de arte especiais – OAEs, como túneis, viadutos e pontes, para vencer as diferentes feições geográficas atravessadas por seus traçados, respeitando-se as limitações de projeto. As figuras 5, 6 e 7 trazem folhas dos projetos geométricos (perfil e planta) do empreendimento Ramal Ferroviário Sudeste do Pará, de responsabilidade da empresa Vale S.A. São evidenciadas a linha de greide, porções de corte e aterro e também obras de artes especiais. 13 Áreas onde se executam escavações para obtenção de material necessário à terraplenagem. 14 Aterros construídos para destinar volume de material escavado não utilizado na terraplenagem. Figura 5 - Corte e aterro. Fonte: (VALE, 2012) Figura 6 - Viaduto e ponte. Fonte: (VALE, 2012) Figura 7 - Viaduto e túnel. Fonte: (VALE, 2012) 25 2.3 ASPECTOS LEGAIS E LICENCIAMENTO AMBIENTAL A instalação e a operação de ferrovias encontram-se submetidas a diversos normativos, tais como a Constituição Federal de 1988, leis, portarias interministeriais, instruções normativas da Agência Nacional de Transportes Terrestres, Instituto Brasileiro do Meio Ambiente e dos Recursos Naturais Renováveis, Instituto Chico Mendes de Conservação da Biodiversidade, entre outros. Aqui, serão consideradas algumas normas atinentes à manutenção da qualidade ambiental impactada por esses projetos. Marco legal das questões ambientais no Brasil, a Política Nacional do Meio Ambiente – PNMA, implantada pela Lei nº 6.938, de 31 de agosto de 1981, prevê, como um de seus instrumentos, “o licenciamento e a revisão de atividades efetiva ou potencialmente poluidoras”. Ao tratar dos procedimentos e critérios para o licenciamento ambiental, a Resolução Conama 237, de 19 de dezembro de 1997, traz em seu artigo segundo: Art. 2º – A localização, construção, instalação, ampliação, modificação e operação de empreendimentos e atividades utilizadoras de recursos ambientais consideradas efetiva ou potencialmente poluidoras, bem como os empreendimentos capazes, sob qualquer forma, de causar degradação ambiental, dependerão de prévio licenciamento do órgão ambiental competente, sem prejuízo de outras licenças legalmente exigíveis. § 1º – Estão sujeitos ao licenciamento ambiental os empreendimentos e as atividades relacionadas no Anexo 1, parte integrante desta Resolução. (…) ANEXO 1 ATIVIDADES OU EMPREENDIMENTOS SUJEITAS AO LICENCIAMENTO AMBIENTAL (…) Obras civis – rodovias, ferrovias, hidrovias, metropolitanos (CONAMA, 1997). Assim, ferrovias são empreendimentos sujeitos ao licenciamento ambiental, dada sua expressa colocação na Resolução 237/97. Quanto à competência do órgão licenciador, recorre-se à Lei Complementar nº 140, de 8 de dezembro de 2011, e ao Decreto n° 8.437, de 22 de abril de 2015. Vale dizer que, embora a Resolução Conama 237/97 disponha em seu artigo 4° sobre a competência do Ibama15 nas questões relativas ao licenciamento ambiental, entende-se que sua aplicação encontra-se prejudicada pelo advento desses 15 Órgão executor do Sistema Nacional do Meio Ambiente – SISNAMA. 26 normativos, no que tange às disposições conflitantes com o artigo 7° da LC 140/11 e/ou do Decreto 8.437/15. O Decreto n° 8.437/15, em regulamento ao art. 7°, inciso XIV, alínea “h” da LC 140/11, estabelece as tipologias de empreendimentos e atividades cuja competência seja da União. Expõe o artigo 3° do referido que as ferrovias federais16 (implantação; ampliação de capacidade; regularização ambiental) serão licenciadas pelo órgão ambiental federal competente, isto é, o Ibama. Ainda, a LC 140/11, em seu artigo 7°, inciso XIV, alínea “e”, preconiza que, dentre as ações administrativas da União, encontra-se o licenciamento ambiental de empreendimentos e atividades que estão localizados ou são desenvolvidos em dois ou mais estados. Nesse sentido, observada a predominante dimensão interestadual das estradas de ferro brasileiras17, entende-se que a competência originária na tutela do licenciamento ambiental de empreendimentos ferroviários pertence à União e é exercida pelo Ibama. Não obstante, tem-se que o licenciamento ambiental de ferrovias instaladas e/ou operantes em apenas um estado e que não sejam bens da União não é competência do Ibama. Também merece destaque a Resolução Conama 349, de 16 de agosto de 2004, que dispõe sobre o licenciamento ambiental de empreendimentos ferroviários de pequeno potencial de impacto ambiental e a regularização dos empreendimentos em operação. A Resolução Conama349/04 tem especial importância por trazer procedimentos específicos para regularização ambiental de ferrovias em operação, situação na qual se enquadra a maior parte do sistema ferroviário brasileiro. Essa Resolução estabelece, ainda, o enquadramento de atividades rotineiras da manutenção ferroviária, bem como pequenas intervenções/ampliações nas linhas, como objetos do procedimento simplificado de licenciamento ambiental. Art. 3º Para efeito desta Resolução, considera-se atividade ou empreendimento ferroviário de pequeno potencial de impacto ambiental as obras ferroviárias desenvolvidas dentro dos limites da faixa de domínio preexistente, que não impliquem: I – remoção de população; II – intervenção em áreas de preservação permanente, unidades de conservação ou em outros espaços territoriais especialmente protegidos; III – supressão de vegetação sujeita a regime especial de proteção legal, bem como de espécies referidas no art. 7º, da Lei nº 4.771, de 15 de 16 Ferrovias sob a tutela da União. 17 Salvo pequenas ferrovias construídas principalmente no século XIX. 27 setembro de 1965. § 1º Além das obras ferroviárias previstas neste artigo, poderão ser também consideradas atividades ou empreendimentos ferroviários de pequeno potencial de impacto ambiental, quando assim avaliados pelo órgão ambiental competente: I – a ampliação ou construção de ramais ferroviários de até cinco quilômetros de extensão; II – a ampliação ou construção de pátios de manobras, transbordo e cruzamento; III – a ampliação ou construção de terminais de carga, descarga e transbordo, cujos produtos não sejam classificados como perigosos pela legislação vigente. § 2º Os empreendimentos e atividades referidos neste artigo ficam sujeitos ao licenciamento ambiental com base em procedimento simplificado, nos termos do art. 12 da Resolução CONAMA nº 237, de 1997 (CONAMA, 2004). Para operacionalização do licenciamento ambiental, o Ibama emitiu a Instrução Normativa n° 184, de 17 de julho de 2008, em que se estabeleceu procedimentos específicos aos processos de licenciamento ambiental instaurados naquela autarquia. Além dos estudos ambientais já previstos na Constituição Federal de 1988, na Lei 6.938/81 e na Resolução Conama 237/97, a IN 184/08 traz, ao licenciamento ambiental, o Plano Básico Ambiental – PBA. Segundo a instrução normativa, o PBA é o estudo ambiental que subsidiará a análise da concessão da licença de instalação – LI. Esse estudo deverá detalhar a forma como o empreendedor procederá com a mitigação dos impactos ambientais identificados no Estudo de Impacto Ambiental – EIA, aprovado durante o licenciamento prévio. O detalhamento é exigido em nível executivo e sua apresentação é comumente realizada sob forma de programas ambientais, temáticos aos meios físico, biótico e socioeconômico. Informações sobre o desenvolvimento dos programas ambientais são apresentadas periodicamente em relatórios de acompanhamento da implantação do PBA. Os programas do PBA considerados pertinentes à operação ferroviária terão suas execuções continuadas na fase de operação, como exigência da licença de operação – LO. Cabe citar que, nessa etapa, serão verificados os resultados das ações de recuperação das diversas áreas degradadas durante a instalação da ferrovia (jazidas, bota-foras, faixa de domínio e áreas adjacentes, margens de rios, etc). 28 Em relação à estabilidade de taludes, contextualiza-se que a matéria é discutida em todas as fases do licenciamento ambiental, principalmente no âmbito dos temas recuperação de áreas degradadas e controle de processos erosivos. Durante a instalação e operação das ferrovias, as ações de mitigação de impactos ambientais propostas pelos empreendedores do setor geralmente compõem os programas ambientais “Programa de recuperação de áreas degradadas” e “Programa de monitoramento e controle de processos erosivos”. Dessa maneira, os esforços que visam garantir a estabilidade de taludes, e por conseguinte, a manutenção da qualidade da via permanente, são, além de necessários ao garantimento da segurança na operação ferroviária, exigidos pelo licenciamento ambiental. Por último, a omissão por parte do empreendedor em atender às exigências colocadas no processo de licenciamento ambiental é crime ambiental, tipificado na Lei 9.605, de 12 de fevereiro de 1998. 29 3 TALUDES EM FAIXAS DE DOMÍNIO DE FERROVIAS As ferrovias, assim como as demais obras lineares (rodovias, minerodutos, canais de transposição de águas, entre outros), são contratantes de serviços de terraplenagem. De forma simplificada, esses serviços englobam atividades de corte e aterro com as conseguintes construções de taludes. Taludes ou encostas naturais são definidos como superfícies inclinadas de maciços terrosos, rochosos ou mistos (solo e rocha), originados de processos geológicos e geomorfológicos diversos (NELSON JÚNIOR; NILTON FILHO, 1998). Essas superfícies se formam por meio de processos naturais (ação da chuva, vento, sol, etc.) ou artificiais (construção de plataformas ferroviárias, barragens, etc.). Talude natural é uma porção natural do terreno, inclinada, cuja inclinação foi definida pela ação de forças da natureza atuantes ao longo do tempo geológico e pelas características do material nele existente, que se encontra estável, mantidas as condições naturais (MARQUES, 2015). De forma análoga, os taludes artificiais são superfícies inclinadas formadas a partir da intervenção antrópica. 3.1 INSTABILIDADE DE TALUDES 3.1.1 Movimentos de massa Highland e Bobrowsky (2008) definem deslizamento como um movimento, em declive, que ocorre devido à ruptura ao longo de uma superfície. Afirmam, ainda, que os deslizamentos em taludes podem ser classificados em razão dos tipos de movimento e materiais envolvidos. O material em uma massa deslizante é rocha ou solo (ou ambos); o último é descrito como terra, se composto principalmente de partículas granuladas como areia, ou mais finas, e detritos, se composto de partes mais graúdas (HIGHLAND; BOBROWSKY, 2008). Marques (2015) afirma que a classificação de movimentos de taludes (encostas) mais utilizada no mundo é a compilada por Varnes (1978). Esta é a classificação adotada pela Associação Internacional de Geologia de Engenharia (International Association Engineering Geology – IAEG). 30 Na tabela 3, é apresentada a classificação de movimentos de massa proposta por Varnes (1987). Tabela 3 - Classificação de movimentos de encosta. TIPO DE MOVIMENTO TIPO DE MATERIAL ROCHA SOLO (ENGENHARIA) GROSSEIRO FINO QUEDAS de rocha de detritos de terra TOMBAMENTOS de rocha de detritos de terra ESCORREGA- MENTOS ROTACIONAL poucas unidades abatimento de rocha abatimento de detritos abatimento de terra TRANSLACIONAL poucas unidades de blocos rochosos de blocos de detritos de blocos de terra muitas unidades de rocha de detritos de terra EXPANSÕES LATERAIS de rocha de detritos de terra CORRIDAS/ESCOAMENTOS de rocha (rastejo profundo) de detritos (rastejo de solo) de terra (rastejo de solo) COMPLEXOS: Combinação de 2 ou mais dos principais tipos de movimentos Fonte: (AUGUSTO FILHO; VIRGILI, 1998). Quedas As quedas ocorrem quando uma massa de rocha, de detrito ou de solo fino se desprende de um talude íngreme. Dessa maneira, ocorrem em encostas íngremes e verticais, em áreas litorâneas e em taludes rochosos de rios e ribeirões. A velocidade do movimento é muito rápida ou extremamente rápida. Seu desencadeamento se dá, principalmente, pela erosão regressiva do talude, devido a processos naturais e atividades humanas (obras civis). Tombamentos Os tombamentos ocorrem com a rotação frontal de umamassa de solo ou rocha para fora do talude em torno de um eixo imaginário localizado na porção inferior e externa da massa deslocada. Ocorrem predominantemente em terrenos de estrutura colunar vulcânica ou rochas sedimentares interdigitadas e fissuradas ao 31 longo de faixas de domínios de empreendimentos lineares, drenagens naturais com margens íngremes. A velocidade do movimento varia de extremamente lenta a extremamente rápida. O desencadeamento é gerado pela ação da gravidade na massa, por forças provocadas por massas adjacentes e por fluidos presentes nas fissuras da massa. Escorregamentos rotacionais Escorregamentos rotacionais são movimentos de massa de solo ou rocha que ocorrem sobre superfícies de ruptura curvas. O movimento assume velocidades entre extremamente vagarosa, moderadamente rápida e rápida. Esse movimento é desencadeado por saturação do talude (devido à chuva intensa e contínua, por exemplo) ou situações que causam erosão em sua base (como regime hidráulico turbulento em rios ou aumento do nível da água subterrânea). Escorregamentos translacionais Escorregamentos translacionais são movimentos de massa de solo ou rocha que ocorrem sobre superfícies de ruptura planas. Normalmente, acontecem ao longo de descontinuidades geológicas, tais como falhas, junções, superfícies, estratificações, ou o ponto de contato entre rocha e solo. O movimento tem velocidades entre vagarosa, moderada e extremamente rápida. O desencadeamento é gerado, principalmente, pela saturação do talude (regime pluviométrico) ou distúrbios relacionados à ação antrópica, tais como erosão regressiva. Expansões laterais Expansões laterais podem ser geradas quando uma massa de solo coesivo ou de rocha encontra-se assentada sobre uma superfície mais fraca, em talude de baixa inclinação ou em terreno plano. O movimento assume velocidades entre vagaroso, moderado e rápido. De forma genérica, o desencadeamento desse movimento se dá por meio de 32 mecanismos que desestabilizam a camada menos rígida (saturação, liquefação, deformação plástica devido à sobrecarga, etc.). Corridas/Escoamentos Escoamentos são movimentos espacialmente contínuos em taludes que apresentam ou não uma superfície de cisalhamento bem definida. O movimento ocorre de forma semelhante ao de um líquido viscoso. A velocidade do movimento varia de extremamente lenta a extremamente rápida. São frequentemente desencadeados por um intenso fluxo de água em superfícies inclinadas. Geralmente, são formados a partir de outros tipos de movimentos. A figura 8 ilustra os tipos de movimento, segundo Varnes (1978). Quedas Tombamentos Escorregamentos rotacionais Escorregamentos translacionais Expansões laterais Corridas/escoamentos Figura 8 - Tipos de movimentos de massa Fonte: (HIGHLAND; BOBROWSKY, 2008). 33 3.1.2 Agentes causadores Augusto Filho e Virgili (1998) entendem que a deflagração de instabilizações de taludes e encostas é controlada por uma cadeia de eventos, muitas vezes de caráter cíclico, que tem sua origem com a formação da própria rocha e toda sua história geológica e geomorfológica subsequente, como movimentos tectônicos, intemperismo, erosão, ação antrópica, etc. Varnes (1978) categoriza os principais mecanismos de deflagração de movimento de massa em taludes conforme a tabela 4. Tabela 4 - Fatores deflagradores dos movimentos de encosta. AÇÃO FATORES FENÔMENOS NATURAIS/ANTRÓPICOS Aumento da solicitação Remoção de massa (lateral ou da base) Erosão, escorregamentos Cortes Sobrecarga Peso da água de chuva, neve, granizo, etc. Acúmulo natural de material (depósitos) Peso da vegetação Construção de estruturas, aterros, etc. Solicitações dinâmicas Terremotos, ondas, vulcões, etc. Explosões, tráfego, sismos induzidos Pressões laterais Águas em trincas, congelamento, material expansivo, etc. Redução da resistência Características inerentes ao material Textura, estrutura, geometria, etc. Características geomecânicas do material, estado de tensões inciais Mudanças ou fatores favoráveis Mudanças nas características do material Intemperismo, redução da coesão, ângulo de atrito Elevação do nível d'água Outras causas Enfraquecimento devido ao rastejo progressivo Ação das raízes das árvores e buracos de animais Fonte: (AUGUSTO FILHO; VIRGILI, 1998). Observadas a abordagem de Varnes (1978) e outras que visam identificar os agentes envolvidos nos movimentos de massa, Augusto Filho e Virgili (1998) elencaram, resumidamente, os principais fatores condicionantes dos escorregamentos e processos correlatos na dinâmica ambiental brasileira. São eles: • Características climáticas, com destaque para o regime pluviométrico; • Características e distribuição dos materiais que compõem o substrato das encostas/taludes, abrangendo solos, rochas, depósitos e estruturas geológicas (xistosidades, fraturas, etc.); • Características geomorfológicas, com destaque para inclinação, amplitude e forma do perfil das encostas (retilíneo, convexo e côncavo); • Regime das águas de superfície e subsuperfície; 34 • Características do uso e ocupação, incluindo cobertura vegetal e as diferentes formas de intervenção antrópica das encostas, como cortes, aterros, concentração de água pluvial e servida, etc (AUGUSTO FILHO; VIRGILI, 1998). 3.1.3 Ocorrências em faixas de domínio de ferrovias Prefacialmente, registra-se que embora este trabalho tenha se concentrado em empreendimentos ferroviários, a discussão nele colocada cabe a qualquer tipologia de empreendimento com similaridade construtiva de sua faixa de domínio. Ferrovias e rodovias, por exemplo, são empreendimentos que, embora possam apresentar quantitativos diferenciados de terraplenagem, enfrentam problemas semelhantes no que diz respeito aos processos que levam à instabilidade de seus taludes. Nesse contexto, a ação antrópica ganha relevo como agente causador das ocorrências de instabilidade. A ação do homem, manifestada, nesse caso, como obra civil, é entendida como intervenção com potencial de condicionar o solo/rocha à instauração de problemas dessa natureza. Não obstante, a dinâmica da água é a maior responsável pela instauração das ocorrências propriamente ditas. Os problemas enfrentados pelas ferrovias são, em boa parte, consequentes da elaboração equivocada de projetos de terraplenagem (concebidos em concordância com diagnósticos deficientes ou por erros em seu desenvolvimento), da execução inadequada do projeto (por vezes, devido à falta de fiscalização in loco da obra) e também da adoção de rotinas insuficientes de manutenção/conservação das faces e drenagens dos taludes. O cenário se agrava quando esses fatores encontram-se associados a condições climáticas que favorecem os processos de instabilização. Carvalho (1991) destacou os principais problemas de estabilidade de taludes que impactam a malha rodoviária do estado de São Paulo. São estes: a erosão, a desagregação superficial, o escorregamento em corte, o escorregamento em aterro, o recalque em aterro, a queda de blocos e o rolamento de blocos. Foram, ainda, identificadas suas formas de ocorrência, bem como seus principais causadores. A classificação encontra-se na tabela 5. 35 Tabela 5 - Principais problemas em taludes de rodovias de São Paulo. TIPO DE PROBLEMA FORMA DE OCORRÊNCIA PRINCIPAIS CAUSAS Erosão Em taludes de corte e aterro (em sulcos e diferenciada) Deficiência de drenagem Deficiência de proteção superficial Longitudinal ao logo da plataforma Concentração de água superficial Localizada e associada a obras de drenagem (ravinas e boçorocas) Concentração de água superficial e/ou interceptação do lençol freático Interna em aterros (piping) Deficiência ou inexistência de drenagem interna Desagregação superficial Empastilhamento superficial emtaludes de corte Secagem e umedecimento do material Presença de argilo-mineral expansivo ou desconfinamento do material Escorregamento em corte Superficial Inclinação acentuada do talude Profundo Relevo enérgico Forma e dimensões variadas Descontinuidades do solo e rocha Superficial em corte ou encostas naturais Saturação do solo Profundo em cortes Formas e dimensões variadas Evolução por erosão Movimentação de grandes dimensões e generalizada em corpo de tálus Corte de corpo de tálus Alteração de drenagens Escorregamento em aterro Atingindo a borda do aterro Compactação inadequada da borda Atingindo o corpo do aterro Deficiência de fundação Deficiência de drenagem Deficiência de proteção superficial Má qualidade do material Compactação inadequada Inclinação inadequada do talude Recalque em aterro Deformação vertical da plataforma Deficiência de fundação Deficiência de drenagem Rompimento de bueiro Compactação inadequada Queda de blocos Geralmente, em queda livre Ação de água e de raízes nas descontinuidades do maciço rochoso Rolamento de blocos Movimento de bloco por rolamento no corte ou encosta Descalçamento da base por erosão Fonte: (CARVALHO, 1991). 36 Erosão Define-se por erosão o processo de desagregação e remoção de partículas do solo ou de fragmentos e partículas de rochas pela ação combinada da gravidade com a água, vento, gelo e organismos (plantas e animais) (SALOMÃO; IWASA, 1995). Esse processo pode ser natural (se causado por fatores naturais) ou antrópico (se fomentado pela ação humana). A erosão gerada pelo escoamento da água é a mais interessante na análise da estabilidade de taludes em faixas de domínio ferroviárias. A erosão hídrica pode ser laminar, quando originada pelo escoamento superficial difuso, linear, se originada pelo escoamento superficial concentrado, e interna (piping), se causada pelo escoamento subsuperficial. Do ponto de vista geotécnico, a erosão é importante, porque muitas movimentações em encostas e taludes de corte e aterro têm início com processos erosivos. Esse processo é particularmente importante em vias (rodovias e ferrovias), em que a modificação das características topográficas locais implica, comumente, em concentração de fluxo de água superficial. Se as estruturas projetadas para escoar este fluxo forem subdimensionadas ou houver ruptura, processos erosivos extremamente rápidos podem se instalar. A erosão é, comumente, um agente predisponente dos escorregamentos (MARQUES, 2015). A dinâmica do escoamento superficial nas faces dos taludes, bem como do escoamento subsuperficial desenvolvido em seus corpos, tem fundamental importância no desenvolvimento de ravinas e voçorocas (ou boçorocas). Ravinas são canaletas geradas em superfícies inclinadas pelo escoamento superficial concentrado. Se não forem tratadas pela manutenção ferroviária, esses canais podem se aprofundar no perfil do talude, atingir o nível do lençol freático e, assim, desenvolverem-se em voçorocas. A boçoroca é palco de diversos fenômenos: erosão superficial, erosão interna, solapamentos, desabamentos e escorregamento, que se conjugam e conferem a esse tipo de erosão característica de rápida evolução e elevado poder destrutivo (SALOMÃO; IWASA, 1995). Dessa maneira, três fatores principais, associados ou não entre si, são responsáveis pelo aumento da susceptibilidade ao desenvolvimento de processos erosivos nos taludes de ferrovia: i) falta de dispositivos de disciplinamento do escoamento superficial e subsuperficial; ii) exposição do solo das faces dos taludes; e iii) projeto/execução inadequado(a) (fora dos devidos parâmetros de compactação, por exemplo). 37 Desagregação superficial O processo de desagregação superficial é comum em regiões tropicais e resulta de uma ação cíclica de umedecimento e secagem dos solos saprolíticos micáceos ou cauliníticos (CARVALHO, 1991). Como resultado, tem-se a desagregação do material das faces expostas dos taludes em pequenas pastilhas ou grânulos, que se depreendem do maciço, provocando seu decapeamento. Ainda, o fenômeno provoca o entupimento das canaletas de drenagem superficial, o que pode concorrer para instabilizações dos taludes (FRAZÃO; MIOTO; SANTOS, 1976). Escorregamento em corte Os escorregamentos são deflagrados por fatores isolados ou associados entre si que envolvem aspectos naturais e de projeto, tais como inclinação acentuada, descontinuidades do maciço, saturação, evolução da erosão, presença de corpus de tálus18. A execução de cortes em uma encosta provoca alterações no estado de tensões atuantes no maciço, que podem levar ao aparecimento de trincas de tração no topo. Durante precipitações intensas, essas trincas poderão ser preenchidas por água e levar o talude à ruptura. As modificações na geometria das encostas alteram também as condições de drenagem e de cobertura vegetal, facilitando a saturação do maciço e o desencadeamento de instabilizações (AUGUSTO FILHO; VIRGILI, 1998). A malha de sondagens realizada ao longo do traçado referencial de um empreendimento linear, geralmente, não produz um mapeamento geológico- geotécnico rigoroso de toda a faixa de domínio. Assim, consoante com os resultados das sondagens, são adotadas inclinações genéricas para taludes de corte. Ocorre que as inclinações fixadas como premissas de projeto, por vezes, mostram-se incompatíveis, com peculiaridades não identificadas no diagnóstico geotécnico. Nesse cenário, a adoção de inclinação incompatível com a resistência dos solos é causa comum de escorregamentos em faixas de domínio de ferrovias. De forma parecida, nem sempre são identificadas todas as descontinuidades (fraturas, xistosidades, etc.) presentes ao longo do traçado referencial. As descontinuidades do maciço podem configurar-se como superfícies susceptíveis à ruptura se não forem devidamente tratadas. 18 Acumulações detríticas localizadas no pé de taludes. Sua formação está associada à ocorrência de movimentos de massa. 38 A saturação dos maciços se deve à elevação do lençol freático e/ou é resultante do encharcamento do solo durante ou após precipitações intensas e/ou de longas durações. A saturação dos maciços terrosos causa a diminuição da coesão aparente do solo, o aumento das pressões neutras, reduzindo as tensões normais e a resistência ao cisalhamento, podendo levar os taludes à ruptura. A evolução dos processos erosivos leva à degradação superficial e interna do maciço e pode configurar-se como causa de escorregamento. Os corpos de tálus possuem composição textural heterogênea e têm condições de estabilidade precária. Assim, esses corpos/camadas, quando presentes, predispõem o maciço à ocorrência de movimentos. Escorregamento em aterro Augusto Filho e Virgili (1998) esclarecem que a execução deficiente de aterros é uma forma de deflagração de movimentos de massa e que as principais instabilizações observadas nessas estruturas podem estar associadas a problemas na fundação, no corpo do aterro, em travessias de linhas de drenagem e com sistemas de drenagem e proteção superficial. A construção de um aterro requer especial cuidado de compactação adequada. Deve-se garantir a compactação adequada de forma a evitar a percolação de água para o interior do maciço Entre os problemas na fundação dos aterros, destacam-se i) recalques ou rupturas, devido ao assentamento do maciço em solos de baixa capacidade de suporte; ii) deslizamentos, devido ao assentamento direto em superfícies rochosas inclinadas e sem o devido tratamento; iii) surgências d'água não tratadas no terreno da fundação; e iv) não remoção da vegetação e do solo orgânico, causando caminhos preferenciaisde percolação na base do aterro. No corpo do aterro, podem haver problemas gerados pela i) má compactação; ii) uso de materiais inadequados; iii) geometria inadequada; e iv) deficiência de drenagem superficial. Recalque em aterro Recalques ou rupturas parciais podem ter suas origens devido a problemas em travessias de linhas de drenagem. As instabilizações podem ocorrer quando não são previstas OAEs e/ou dispositivos de macrodrenagem e microdrenagem (galerias 39 e bueiros, por exemplo) que permitam a transposição disciplinada do volume de água escoado nas diversas linhas de drenagem obstruídas pelos aterros construídos ao longo do traçado da ferrovia. Esse problema também pode ser verificado caso as estruturas propostas para essa função não tenham sido projetadas de acordo com períodos de retorno que garantam a segurança do escoamento durante eventos extremos. Não menos importante, as estruturas devem ser monitoradas e desobstruídas sempre que necessário. Por último, a omissão do projeto em dimensionar devidamente os sistemas de drenagem (de crista, pé e interna), bem como em prever a proteção vegetal das faces dos taludes, aumenta a susceptibilidade ao desenvolvimento de instabilidades. Vale lembrar que esses dispositivos de drenagem também devem ser contemplados pela manutenção ferroviária, isto é, desobstruídos e reparados sempre que necessário. Queda e rolamento de blocos A queda de blocos ocorre em taludes rochosos de corte, geralmente muito íngremes, cujo maciço rochoso se apresenta fraturado. O movimento pode ocorrer devido à pressão da água acumulada em suas descontinuidades, ao alívio de pressão ou à penetração e crescimento de raízes de plantas. Também a desagregação de camadas de siltito/argilito intercaladas com camadas de arenito pode promover a queda de blocos, quando estes se encontrae assentados sobre aquelas. O rolamento de blocos é deflagrado, principalmente, pelo desenvolvimento de processos erosivos que leva à remoção dos apoios das bases de blocos de rocha (matacões) expostos na superfície do talude. 3.2 TÉCNICAS DE ESTABILIZAÇÃO DE TALUDES E RAD A estabilização de taludes pode ser entendida como parte de um projeto de recuperação de áreas degradas ou mesmo configurar-se como seu alvo principal, quando o objetivo deste se pautar no estabelecimento da condição estável do maciço. Já é de conhecimento que empreendimentos ferroviários são demandantes de serviços de corte e aterro em suas faixas de domínio, além de jazidas e bota- 40 foras/ADMEs. Sabe-se, ainda, que a manutenção da condição estável dos taludes é importante para a garantia da operação ferroviária, bem como exigência colocada em processo de licenciamento ambiental, principalmente como programas temários ao controle de processos erosivo e à recuperação de áreas degradadas. Os dois programas ambientais fazem uso das técnicas de controle de instabilizações em taludes, evidenciando a correlação direta entre os assuntos “recuperação de áreas degradas” e a “estabilização de taludes”. 3.2.1 Estudos de investigação A intervenção que visa à estabilização de um talude deve pautar-se em estudos de investigação que caracterizem os fatores envolvidos nos diferentes processo de instabilização, já instaurados ou com risco de ocorrência. Deve-se propor um projeto adequado às peculiaridades locais, que seja suficiente ao controle dos fenômenos envolvidos no caso que o demande. A adoção de técnica de estabilização sem o real conhecimento do problema, mesmo se suficiente ao momento, pode não resolver a situação de forma eficaz. Dessa maneira, gera-se um cenário de potencial reincidência da ocorrência ou mesmo o estabelecimento de um cenário adequado ao desenvolvimento de outras formas de instabilidades. Além disso, essa conduta pode ser responsável pela adoção de soluções dispendiosas e desnecessárias. Toda proposta de melhoria da estabilidade de um talude deve ser precedida pela identificação dos fenômenos reais ou potenciais de instabilização. Também a superfície de ruptura, real ou potencial, deve ser determinada, de tal maneira que o volume de material passível e a movimentação sejam identificados (MARQUES, 2015). De acordo com Carvalho (1991), a fase de estudos de investigação deve preceder qualquer tentativa de elaboração de um projeto de estabilização. O entendimento correto dos mecanismos envolvidos na instabilização é de fundamental importância na concepção de um projeto adequado e, por conseguinte, no sucesso final da obra de intervenção. A investigação visa essencialmente mapear os agentes, causas e condicionantes atuantes no processo de instabilização existente ou potencial. Carvalho (1991) alega que a investigação deve basear-se na caracterização dos condicionantes litológicos, estruturais e geomorfológicos. Também se deve conhecer as características de clima, vegetação e ação antrópica. 41 3.2.2 Técnicas de estabilização de taludes As técnicas de estabilização de taludes podem contemplar ou não o uso de estruturas de contenção. Os tipos das estruturas a serem empregadas ditam a complexidade da intervenção, que pode ser mais dispendiosa e de mais difícil aplicação. A intervenção proposta deve ser adequada ao tratamento do problema, mostrando-se suficiente no controle dos fenômenos envolvidos no caso que a demande, e deve ter relação custo-benefício compatível com a realidade econômica do empreendimento. De acordo com Carvalho (1991), a definição da técnica a ser adotada no tratamento da instabilidade deve sempre partir das soluções mais simples e de menor custo, só adotando outras mais complexas e caras quando as primeiras se mostrarem inviáveis ou inadequadas. Na figura 9, é apresentado um fluxograma para a utilização dos tipos de obras de estabilização de taludes de corte e aterro. Figura 9 - Fluxograma de obras de estabilização de taludes. Fonte: (CARVALHO, 1991). A escolha deve, ainda, considerar os coeficientes de segurança das diferentes configurações possíveis, de modo a permitir a adoção das técnicas mais 42 conservadoras, apropriadas para regiões que apresentem cenários propensos às instabilidades (características geológico-geotécnicas favoráveis, declividades acentuadas, índices pluviométricos altos, entre outras). A tabela 6 relaciona os coeficientes de segurança com as condições de estabilidade do talude. Tabela 6 - Coeficientes de segurança e condições de estabilidade. COEFICIENTE DE SEGURANÇA CONDIÇÃO DO TALUDE CS < 1,0 Talude instável; caso o talude venha a ser implantado (corte ou aterro). Nessas condições, deverá sofrer ruptura. CS = 1,0 Condição limite de estabilidade associada à iminência de ruptura. CS > 1,0 Condição estável; quanto mais próximo de 1,0 for o CS, mais precária e frágil será a condição de estabilidade do talude. CS >> 1,0 Condição estável; quanto maior for o CS, menores serão as possibilidades de o talude vir a sofrer ruptura quando submetido a condições críticas. Fonte: (AUGUSTO FILHO; VIRGILI, 1998) (modificado). Considerando o fluxograma de Carvalho (1991), foram agrupadas as técnicas mais utilizadas na estabilização de taludes em faixas de domínio de ferrovias, conforme mostrado na tabela 7. Essas técnicas compõem, de forma combinada ou não, os projetos de estabilização de taludes. Tabela 7 - Técnicas de estabilização de taludes. TIPO TÉCNICA Sem estruturas de contenção Reconformação Retaludamento Reconstrução de aterro Drenagem Drenagem superficial Drenagem subterrânea Bioengenharia Hidrossemeadura Biomanta Geotêxtil Com estruturas de contenção Contenção passiva19 Muro de arrimo Cortina cravada Contenção ativa20 Cortina atirantada Solo grampeado Terra armada Reforço de maciço Estaca raiz/microestaca Retaludamentoe Reconstrução de aterros A reconformação geométrica de taludes de corte e aterro é a técnica mais usada no tratamento de instabilidades. O retaludamento, quando por si não é uma 19 Oferecem reação contra tendências de movimentação dos taludes. 20 Oferecem compressão ao maciço, além da reação contra tendências de movimentação. 43 alternativa viável (limitação de área, por exemplo), pode ser associado a outras técnicas. Na instalação de empreendimentos lineares, nos quais é comum a ocorrência de instabilidades ocasionadas em taludes desnudos que ainda não receberam dispositivos de drenagem superficial, o retaludamento se apresenta como alternativa conveniente por não demandar mão de obra e equipamentos/máquinas diferentes das que já se encontram nas frentes de obras. A técnica promove o aumento da estabilidade por meio da remoção de materiais superficiais instáveis e/ou da suavização da inclinação do talude e/ou diminuição de sua altura, associada com a instalação de banquetas. Também pode ser promovida a construção de berma de equilíbrio (aterros de sustentação) na base ou nas banquetas do talude. A figura 10 ilustra as principais operações de reconformação geométrica de taludes. Talude original Talude suavizado Banquetas Berma de equilíbrio Figura 10 - Reconformação geométrica de taludes. Fonte: (DNIT, 2005) (modificado). Instalação de dispositivos de drenagem superficial e subterrânea A instalação de dispositivos de drenagem visa proteger os taludes de corte e 44 aterro, bem como a plataforma viária, dos processos de instabilidade deflagrados principalmente pela erosão hídrica. A drenagem superficial (...) tem como objetivo interceptar e captar, conduzindo ao deságue seguro, as águas provenientes de suas áreas adjacentes e aquelas que se precipitam sobre o corpo estradal, resguardando sua segurança e estabilidade (DNIT, 2006). Os dispositivos de drenagem superficial comumente empregados em ferrovias são: valetas de proteção de cortes e aterros; sarjetas de cortes e aterros; decidas d'água; saídas d'água; caixas coletoras; bueiros de greide; e dissipadores de energia (localizados e contínuos). A figura 11 esquematiza um possível arranjo de estruturas de drenagem superficial. A drenagem subsuperficial ou subterrânea tem por objetivo retirar a água que percola pelo interior do maciço, evitando o surgimento de poropressões e de fluxos internos intensos, que possam resultar em instabilização dos taludes e/ou no surgimento de processos de erosão interna (piping). Devem estar integradas ao sistema de drenagem superficial, para melhor funcionamento (MARQUES, 2015). As estruturas mais usadas para a função são: drenos longitudinais e transversais, colchão drenante, drenos sub-horizontais profundos e drenos verticais. Os colchões drenantes e drenos sub-horizontais profundos - DHP, são bastante usados na prevenção/tratamento de instabilizações de taludes. Os drenos sub-horizontais são aplicados para a prevenção e correção de escorregamentos nos quais a causa determinante da instabilidade é a elevação do lençol freático ou do nível piezométrico de lençóis confinados. No caso de escorregamentos de grandes proporções, geralmente trata-se da única solução econômica a se recorrer (DNIT, 2006). Figura 11 - Drenagem superficial. Fonte: (DNIT, 2006) Bioengenharia A bioengenharia dispõe de diversas técnicas com aplicação na estabilidade de taludes. Segundo Marques (2015), essas técnicas conjugam a utilização da vegetação e/ou de elementos inertes (madeira, pedras, geotêxteis, metais, fibras 45 sintéticas e naturais, etc.) no controle de processos erosivos e como proteção e reforço do solo em obras civis. O hidrossemeio consiste no jateamento de sementes misturadas com adubos minerais, massa orgânica e adesivos, utilizando a água como veículo. Para sucesso da técnica, deve-se realizar a regularização e microcoveamento na superfície dos taludes. Deve-se, ainda, usar espécies adequadas (evitando principalmente a introdução de espécies hostis), e executar o plantio em época conveniente ao estabelecimento vegetal (deve-se evitar estiagens longas). As biomantas são mantas biodegradáveis constituídas de fibras vegetais desidratadas e entrelaçadas por meio de costuras de fios, látex natural, colas ou, ainda, grelhas de polipropileno. Podem ser usadas em associação com a hidrossemeadura, favorecendo a germinação das sementes pela promoção da proteção da face semeada contra processos erosivos e da melhoria do microclima local. O geotêxtil é uma manta permeável que confere resistência mecânica ao solo/maciço. Pode ser confeccionada em material biodegradável e é usada no interior do maciço ou externamente a este, funcionando com estrutura de contenção21. A figura 12 exemplifica a aplicação da bioengenharia e de geotêxteis na estabilização de taludes. O maciço formado pela integração do solo e mantas geotêxteis, funciona como uma estrutura de contenção, cabendo às mantas internas confinar o solo (isolando as diversas camadas) e resistir aos trabalhos de tração no maciço (DNIT, 2005). Hidrossemeadura Biomanta Solo reforçado Figura 12 - Bioengenharia (esquerda e centro) e geotêxtil (direita). Fonte: (CARVALHO, 1991) (modificado). Muro de arrimo 21 Estrutura (espécie de muro) formada por camadas empilhadas de solo envelopado com geotêxtil. 46 Os muros de arrimo são estruturas verticais que podem ser usadas como estruturas de contenção. Podem ser construídos de alvenaria, concreto, além de outros materiais especiais. Os muros de arrimo podem ser de gravidade e de flexão. Os muros de gravidade são estruturas de contenção que usam o próprio peso para se opor aos empuxos de terra. São indicados para pequenas e médias encostas (máximo 5 metros). Os tipos mais comuns em empreendimentos ferroviários são: a) Muros de alvenaria de pedra: são muros constituídos pelo arranjo de pedras arrumadas ou argamassadas. Os muros de pedras arrumadas são de simples construção e dispensam a instalação de dispositivos de drenagem, contudo, por questão de estabilidade, são indicados apenas para contenção de taludes com altura máxima de dois metros. Muros de pedras argamassadas são mais resistentes e podem ser usados em taludes maiores, entretanto demandam a instalação de dispositivos de drenagem vertical e sub-horizontal. b) Muros de concreto ciclópico ou concreto gravidade: esses muros são construídos por meio do preenchimento de uma fôrma com concreto e blocos de rocha. Dessa maneira, são impermeáveis e demandam a instalação de dispositivos de drenagem. Resistem ao empuxo pelo próprio peso e não admitem deformações. Geralmente, são configurados com seção transversal trapezoidal. c) Muros de gabião: são muros construídos pelo empilhamento de gaiolas de telas metálicas ou Polietileno de Alta Densidade – PEAD, justapostas e interligadas, preenchidas com pedras arrumadas. Esses muros são livremente drenantes e muito versáteis (por admitir vários arranjos). A solução pode ser bastante viável em obras que demandem cortes em maciços rochosos. São também bastante utilizados para proteger margens de rios. d) Muros fogueirinha (Crib-walls): são muros montados pelo empilhamento de elementos pré-moldados de concreto armado, madeira ou aço, justapostos e interligados. O espaço interno dessas estruturas é preenchido por material granular graúdo, portanto são estruturas drenantes. e) Muros de sacos solo-cimento (rip rap): são muros construídos pelo 47 empilhamento e justaposição de sacos preenchidos por solo e cimento. Na montagem dos muros, as camadas de sacos são dispostos em posições (longitudinais) alternadas de modo a diminuir a ocorrência devazios. Os rip raps são usados para contenção de taludes pequenos e também para a obturação de erosões nas superfícies de taludes. Os muros de flexão são estruturas delgadas que resistem aos empuxos por flexão. Esses muros apresentam uma laje horizontal prolongada que é aterrada pelo próprio maciço, de foma que parte do seu peso seja usada para manter a estrutura em equilíbrio. Os muros de flexão, em geral, são construídos em concreto armado e, quando dimensionados com alturas maiores que cinco metros, podem ser montados com contrafortes, para aumentar sua estabilidade contra tombamentos. Na figura 13 são encontrados exemplos de murros de arrimo. Muro em concreto ciclópico Muro de flexão Muro de gabião Crib-wall Muro de rip rap Figura 13 - Muros de arrimo. Fonte: (DNIT, 2005) (modificado) Cortinas cravadas As cortinas cravadas são estruturas de contenção que resistem ao deslocamento do maciço por flexão. Podem ser contínuas (compostas pelo 48 cravamento no perfil do solo de estacas-pranchas conectadas por engates laterais) ou descontínuas (em que as estacas são cravadas de forma espaçada e o espaçamento é preenchido por pranchões de madeira ou painéis de concreto armado). A figura 14 ilustra cortinas cravadas. Estacas-prancha Estacas com painéis Figura 14 - Cortina cravada. Fonte: (DNIT, 2005) (modificado). Cortina atirantada Cortinas atirantadas são estruturas de contenção construídas por estruturas de concreto armado, ancoradas, no maciço, por tirantes22. A montagem pode apresentar configuração com placas individuais, em que existe um ou mais tirantes, ou por uma única estrutura contendo vários tirantes. Trata-se da execução de elementos verticais ou subverticais de concreto armado, que funcionam como paramento e que são ancorados no substrato resistente do maciço por meio de tirantes protendidos (CARVALHO, 1991). A exigência básica para implantação de uma cortina é a presença de camadas resistentes em profundidade viável, mais profundas que a superfície potencial ou real de ruptura, de maneira a se ancorar a estrutura (MARQUES, 2015). Na figura 15, é apresentada possível aplicação da cortina atirantada. 22 Elementos metálicos que são introduzidos no substrato para transferir carga de dentro de um maciço para uma parede ou outra estrutura de contenção. 49 Figura 15 - Cortina atirantada. Fonte: (DNIT, 2005) (modificado). Solo grampeado Solo grampeado é uma técnica de contenção que faz uso de chumbadores23, e malha metálica, podendo-se aplicar ou não revestimento em concreto projetado. Os chumbadores promovem a estabilização geral do maciço, enquanto a malha metálica (revestida com concreto projetado ou não) atua na estabilidade do paramento. Geralmente, o uso de malhas metálicas sem revestimento em concreto encontra-se associado à contenção de maciços rochosos, enquanto, para maciços terrosos, usa-se o concreto projetado. Estruturas montadas com uso e sem uso de concreto projetado são ilustradas na figura 16. 23 Peças moldadas no local por meio de operações de perfuração, instalação e fixação de armação metálica, com injeção de calda de cimento sob pressão. 50 Solo grampeado com concreto projetado Solo grampeado sem concreto projetado Figura 16 - Solo grampeado. Fonte: (DNIT, 2005) (modificado). Terra armada A terra armada é uma estrutura de contenção montada com placas de concreto armado (conhecidas como escamas ou peles), armaduras e o solo compactado do maciço ao qual se encontra associada. Este processo é utilizado para recomposição ou confecção de aterro, através da introdução no corpo do maciço de materiais com maior resistência que, quando solicitados, trabalham em conjunto com o solo compactado. Os três componentes principais da "terra armada" são: a) o solo que envolve as armaduras e ocupa um espaço chamado "maciço em terra armada"; b) a "pele", que é o parâmetro externo, geralmente vertical, é constituído por placas rígidas de concreto armado; c) as armaduras, elementos lineares e flexíveis que trabalham à tração, são fixadas às "peles" por parafusos. Normalmente, são feitas de aço de galvanização especial (DNIT, 2005). Estaca raiz ou microestaca As estacas-raiz ou microestacas são estruturas de contenção que visam reforçar o solo in situ. Segundo Carvalho (1991), o uso de microestacas em taludes naturais ou de cortes é feito pela introdução dessas estacas (perfuradas, armadas e injetadas sob pressão) na forma de sistemas reticulados. A figura 17 apresenta um exemplo de terra armada e de estacas raiz. 51 Terra armada Estacas raiz Figura 17 - Terra armada e estaca raiz. Fonte: (DNIT, 2005) (modificado). 52 4 ESTUDO DE CASO: RAMAL FERROVIÁRIO SUDESTE DO PARÁ 4.1 O EMPREENDIMENTO O Ramal Ferroviário Sudeste do Pará – RFSP é um projeto da Vale S.A. que tem por objetivo a ampliação/ramificação da Estrada de Ferro Carajás, de forma a possibilitar o transporte de minérios extraídos e beneficiados em suas minas localizadas no município de Canaã dos Carajás/PA e região, com destaque para o complexo minerário denominado Projeto Ferro Carajás S11D, considerado o maior projeto da indústria de mineração de ferro mundial. O projeto S11D compreenderá a extração de minério de ferro do Bloco D do Corpo S11 de Serra Sul, utilizando o método de lavra a céu aberto e beneficiamento a umidade natural, objetivando produzir 90 Mtpa (Milhões de toneladas por ano) de produto que será transportado pelo Ramal Ferroviário do Sudeste do Pará interligado à Estrada de Ferro Carajás – EFC até o Terminal Portuário de Ponta da Madeira - TPPM, em São Luís – MA (VALE, 2010). A ferrovia e a mina são partes integrantes do projeto de expansão da atividade de extração e processamento de minério de ferro no Complexo Minerador de Carajás, em operação desde 1985. A figura 18 ilustra ambos empreendimentos. Figura 18 - EFC e RFSP. Fonte: (VALE, 2015) (modificado). O traçado do RFSP se desenvolve a partir da Estrada de Ferro Carajás, na 53 altura do km 858, prossegue pelos vales dos rios Parauapebas e Sossego até alcançar o Projeto Ferro S11D. A figura 19 ilustra a localização projeto RFSP. Figura 19 - Localização do RFSP. Fonte: (VALE, 2015). A instalação da ferrovia foi iniciada em 2012, e sua finalização é prevista para agosto de 2016. Suas principais características são: • Linha singela em bitola larga24; • Extensão de linha: 101,1 km, sendo: • Linha principal: 85,3 km; • Pera ferroviária: 15,7 km; • Faixa de domínio com largura de 40 m de cada lado do eixo da via, alargada em alguns pontos25; • Curvas: • Raio mínimo horizontal: 859 m; • Raio mínimo de concordância vertical: 40 m; • Rampas máximas: • Importação (trens vazios): 1,00 %; • Exportação (trens carregados): 0,40 %; 24 Distância entre trilhos de 1,60 m. 25 Aumento na largura da faixa demandado pela engenharia do projeto. 54 • Seção transversal • Linha singela (principal): • Largura da plataforma – cortes e aterros: 8,2 m; • Declividade transversal: 3%; • Linha dupla (pátios): • Largura da plataforma – cortes e aterros: 13,2 m; • Declividade transversal: 3%. Serão construídas as seguintes OAEs: quatro viadutos, quatro pontes e quatro túneis ferroviários, além de três viadutos rodoviários. Em relação ao quantitativo de terraplenagem, o projeto prevê volumes de corte e aterro de, aproximadamente, 10,69 milhões de m³ e 10,54 milhões de m³, respectivamente. Os empréstimos serão obtidos, preferencialmente, a partir de alargamento de cortes dentro da faixa de domínio. De forma parecida, a deposição de material excedente também será realizada dentro da faixa de domínio, por meio de alargamento de aterros. O taludamento em corte com utilização de material de 1ª e
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