Ensaios de Campo para Investigação Geotécnica de um Processo Erosivo Provocado por Ocupação Urbana em Bauru-SP

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1 COBRAMSEG 00: ENGENHARIA GEOTÉCNICA PARA O DESENVOLVIMENTO, INOVAÇÃO E SUSTENTABILIDADE. 00 ABMS. Ensaios de Campo para Investigação Geotécnica de um Processo Erosivo Provocado por Ocupação Urbana em Bauru-SP Rebeca Asbahr Silva Universidade Estadual Paulista, Bauru, Brasil, ra0@feb.unesp.br Daniela Massami Ide Universidade de São Paulo, São Carlos, Brasil, danimassami@hotmail.com Heraldo Luiz Giacheti Universidade Estadual Paulista, Bauru, Brasil, giacheti@feb.unesp.br RESUMO: Este artigo apresenta os resultados das sondagens de simples reconhecimento (SPT) e ensaios de piezocone (CPTU) em conjunto com as observações de campo, realizados no município de Bauru, interior do estado de São Paulo, que sofre com os problemas decorrentes dos processos erosivos desde o início de sua urbanização, por encontrar-se numa região de afloramento de arenitos, no Planalto Ocidental Paulista. Tais ensaios contribuiram para um melhor entendimento da evolução do processo erosivo instalado na área. A água é o agente deflagrador e principal responsável pela evolução do processo erosivo, tanto pelo fluxo de água superficial como pelo subsuperficial. O fluxo no interior do maciço carreia material e modifica a distribuição granulométrica do solo, alterando também suas propriedades, fato que foi possível de ser confirmado com os resultados dos ensaios de campo realizados. PALAVRAS-CHAVE: Investigação do Subsolo, Ensaios de Campo, SPT, CPTU, Processos Erosivos. INTRODUÇÃO Um dos problemas mais graves causados pela implantação de loteamentos em grande parte dos municípios brasileiros é a degradação de áreas urbanas por erosão, ravinas e voçorocas, sobretudo devido à maneira que os loteamentos são implantados. O grande poder destrutivo das erosões promove situações de risco à comunidade e transforma-se em condicionante restritivo para a expansão urbana. O município de Bauru se encontra intensamente degradado por processos erosivos lineares (ravinas e voçorocas), de médio e grande porte, causadas pela implantação indevida de diversos conjuntos habitacionais e mais recentemente loteamentos. Essas erosões levam a destruição de obras, assoreamentos de fundo de vales, desvalorização do solo, diminuição da qualidade de vida e prejuízos incalculáveis aos cofres públicos. Como o perfil das camadas de material inconsolidado pode variar com o local, pois podem sofrer diferentes graus de alteração, é importante determinar o perfil estratigráfico do local erodido, bem como as propriedades dos solos envolvidos, e assim conhecer a camada que pode ser responsável pelo desencadeamento do processo. A sondagem de simples reconhecimento com medida do SPT é um método mais difundido de investigação, pois permite a caracterização das camadas a partir de ensaios com as amostras coletadas durante o ensaio e atinge grandes profundidades. Assim, foram realizados cinco sondagens de simples reconhecimento com medida do SPT por uma empresa contratada para esse fim. Com isso foi possível representar o perfil longitudinal e transversal às bordas do processo, além de coletar amostras de solo ao longo da profundidade para análise das suas características. O ensaio de penetração de piezocone (CPTU), que possue uma larga aplicação no campo de investigação geotécnica e geoambiental, tem se mostrado uma ferramenta

2 COBRAMSEG 00: ENGENHARIA GEOTÉCNICA PARA O DESENVOLVIMENTO, INOVAÇÃO E SUSTENTABILIDADE. 00 ABMS. importante na definição do perfil estratigráfico e estimativa de parâmetros geomecânicos a partir de correlações, de grande importância para o processo erosivo, tais como: ângulo de atrito interno, resistência não-drenada, módulos de deformabilidade, dentre outros. Foram executados sete ensaios de penetração de piezocone longitudinal e transversalmente ao processo erosivo e dessa forma foi possível identificar com mais detalhes o perfil do subsolo, bem como estimar alguns parâmetros geomecânicos de interesse. LOCAL ESTUDADO O local estudado encontra-se na cidade de Bauru, no centro-oeste do estado de São Paulo, mais precisamente na Bacia do Córrego da Água Comprida, entre os loteamentos residenciais, Jd. Colonial, Chácara Odete e Tavano (Figura ), em uma região de processo geodinâmico predominante erosivo (Figura ), pois nela encontram-se solos arenosos resultantes das Formações do Grupo Bauru e Sedimentos Cenozóicos, bastante susceptíveis a fenômenos erosivos provocados pela inadequada ocupação do meio físico. Figura. Vista geral do processo erosivo estudado (Ide, 00). Figura. Localização das sondagens SPTs e dos ensaios CPTUs. SONDAGENS DE SIMPLES RECONHECIMENTO Figura. Vista aérea com localização do processo erosivo. A Figura apresenta a localização das sondagens SPT e ensaios CPTU, as quais foram executadas nos sentidos tranversal e logitudinal ao processo erosivo. Sondagens de simples reconhecimento com a medida de SPT, executadas conforme ABNT NBR /0, foram realizadas na borda do talude do processo erosivo, dispostos de forma a avaliar a influência do fluxo de água no talude, tanto longitudinalmente como transversalmente. Logo, visam estudar as mudanças nas características texturais e mineralógicas do solo provocadas pelo fluxo d água no interior do talude (Figuras e ), a partir de ensaios de caracterização das amostras de solo coletadas.

3 COBRAMSEG 00: ENGENHARIA GEOTÉCNICA PARA O DESENVOLVIMENTO, INOVAÇÃO E SUSTENTABILIDADE. 00 ABMS. 0,0 m, m NSPT SPT AREIA MÉDIA POUCO ARGILOSA CINZA NA AREIA FINA SILTOSA POUCO ARGILOSA MARROM SPT NSPT SILTE ARGILOSO POUCO ARENOSO MARROM AREIA FINA SILTOSA POUCO ARGILOSA CINZA AMARELADO AREIA MÉDIA AMARELA SPT NSPT NA ARGILA POUCO SILTOSA MARROM 0 ARGILA SILTOSA POUCO ARENOSA MARROM AREIA FINA ARGILOSA CINZA AREIA FINA SILTOSA MARROM 0 0 >0 >0 Figura. Perfil geotécnico longitudinal da erosão interpretado a partir das sondagens de simples reconhecimento. borda do talude interior do talude m m SPT SPT SPT NSPT NSPT NSPT AREIA FINA POUCO SILTOSA CINZA SILTE ARGILOSO NA POUCO ARENOSO MARROM CLARO AREIA FINA POUCO SILTOSA MARROM AREIA FINA POUCO SILTOSA ARGILA POUCO CINZA SILTOSA POUCO ARENOSA MARROM 0 AREIA FINA POUCO SILTOSA CINZA 0 >0 AREIA FINA POUCO SILTOSA MARROM AMARELADO 0 AREIA FINA ARGILOSA POUCO SILTOSA CINZA Figura. Perfil geotécnico transversal da erosão interpretado a partir das sondagens de simples reconhecimento. As Figuras e mostram que perfil de solo é arenoso, mas com presença de camadas mais argilosas. O nível d água é encontrado a cerca de, m de profundidade, entre os dias e de novembro de 00. Os valores de N SPT indicam um ressecamento nos primeiros metros (N SPT igual a, no primeiro, e, no segundo metro, no SPT ) e depois este diminui para valores entre e a profundidades entre e m 0 no SPT. A partir de 0m de profundidade, o N SPT aumenta entre e, atingindo o impenetrável do SPT a cerca de m de profundidade. As amostras deformadas coletadas durante as sondagens de simples reconhecimento possibilitaram a realização de ensaios de granulometria conjunta e avaliar a variação da composição granulométrica ao longo da profundidade próxima à borda do talude da erosão (SPT ), distante m (SPT ) e 0m (SPT ). Segundo Ide (00) o efeito do fluxo de água no interior do talude no sentido transversal à erosão foi constatado por meio de análise granulométrica dos materiais coletados, pois a variação da porcentagem de argila é claramente notada à medida que se afasta da borda do talude. É possível observar que, na borda do talude (SPT ), a quantidade de argila é muito menor que a m (SPT ) e 0m (SPT ) de distância da borda do talude, mostrando a influência do fluxo de água em direção a face do talude (Figura ).

4 COBRAMSEG 00: ENGENHARIA GEOTÉCNICA PARA O DESENVOLVIMENTO, INOVAÇÃO E SUSTENTABILIDADE. 00 ABMS. Figura. Variação da granulometria ao longo do perfil tranversal. Quanto mais distante do talude, maior é a porcentagem de argila, pois o fluxo de água tende primeiramente a carrear os finos mais próximos à sua borda. O inverso ocorre com a porcentagem de areia, que é maior nas bordas do talude e diminui quanto mais se distancia da borda. ENSAIO DE PENETRAÇÃO DO PIEZOCONE (CPTU). Os ensaios CPTU O ensaio de penetração piezocone consiste basicamente em se cravar uma ponteira cônica no terreno com velocidade padronizada de 0 mm/s, conforme a ABNT NBR 0/. O equipamento elétrico possui as mesmas características do cone mecânico, ou seja, área da ponta igual a 0 cm², ângulo de 0 e luva de atrito com 0 cm², porém, é constituído por uma única peça, que possui células-de-carga instrumentadas eletricamente, permitindo a medida da resistência de ponta (q c ) e do atrito lateral (f s ) diretamente na ponteira por meio dos resultados dos ensaios de piezocone, foi possível determinar a estratigrafia de perfis do solo e estimar, por meio de métodos indiretos, parâmetros geotécnicos. A resistência real mobilizada no ensaio (q t ) é apresentada na Equação, na qual a resistência de ponta medida no ensaio (q c ) é corrigida devido ao efeito das áreas desiguais (Figura ), sendo (a) o fator de área desigual e (u ) as poropressões medidas atrás da ponta do cone. q t = qc + u(-a) () O fator de área desigual (a) é a relação entre a área interna (A N ) e a área externa do cone (A T ), segundo a Equação. A N a = () AT Por meio da relação entre a resistência de ponta q t e do atrito lateral, f s, calcula-se a razão de atrito (Equação ), parâmetro esse utilizado para a identificação e classificação de solos a partir do emprego de cartas de classificação.

5 COBRAMSEG 00: ENGENHARIA GEOTÉCNICA PARA O DESENVOLVIMENTO, INOVAÇÃO E SUSTENTABILIDADE. 00 ABMS. Rf = fs qt () A Figura mostra a utilização do ábaco de classificação de solos apresentado por Robertson et al. () para a interpretação dos dados obtidos (Figura ), onde foi utilizado qtmédio de, MPa e Rfmédio de,%, para identificar uma camada de solo arenoso. A Figura apresenta o resultado típico do ensaio de piezocone (CPT ), ilustrando o modo como se define as camadas de solo interpretadas empregando a carta de classificação de Robertson et al. (). A experiência tem demonstrado que a resistência de ponta (qt) é tipicamente alta em areias e baixa em argilas, enquanto o atrito lateral (fs) é baixo em areias e alto em argilas. Nos ensaios CPTU realizados, as medidas das poro-pressões foram feitas utilizando o recurso de filtro de cavidade preenchido com graxa automotiva, conforme resumido por Larsson () e que se mostrou um recurso interessante para manter a saturação até atingir o nível d água, conforme demostrado por De Mio et al (00).. Perfilagem estrátigráfica A interpretação desses ensaios empregando o ábaco de classificação de Robertson et al. () (Figura ) possibilitou representar o perfil do subsolo com maior nível de detalhe tendo em vista o maior número de dados obtidos em ensaios CPTU (qc e fs a cada mm), bem como o fato de se ter cinco ensaios ao invés de três sondagens SPT longitudinais ao processo erosivo (Figura ). Figura. Resultado do ensaio de piezocone CPT, típico dos demais realizados e com representação da estratigrafia identicada segundo Robertson et al. (). Após definidos as diversas camadas de solo para cada um dos ensaios CPTU realizados foi possível traçar o perfil estratigráfico, representado na Figura, onde é apresentado o perfil longitudinal ao processo erosivo., m CPTU, m, m CPTU CPTU, m CPTU 0 AREIA SILTOSA PROFUNDIDADE (m) ARGILA NA SILTE ARGILOSO ARGILA SILTE ARENOSO AREIA SILTOSA AREIA SILTE ARENOSO AREIA 0 CPTU AREIA ARGILA SILTOSA Figura. Perfil estratigráfico longitudinal ao processo erosivo interpretado a partir dos ensaios de piezocone. A Figura 0 apresenta o perfil transversal interpretado a partir dos resultados dos ensaios CPTU. Observa-se que, da mesma forma que ocorre com o perfil interpretado a partir de Figura. Interpretação dos resultados de ensaio CPTU utilizando o ábaco de classificação de Robertson et al. ().

6 COBRAMSEG 00: ENGENHARIA GEOTÉCNICA PARA O DESENVOLVIMENTO, INOVAÇÃO E SUSTENTABILIDADE. 00 ABMS. sondagens SPT, há uma aumento do teor argila a medida que se aproxima da borda do talude, confirmando a influência do fluxo d água no carreamento dos finos presentes no solo. PROFUNDIDADE (m) CPTU CPTU CPTU 0,0 m,0 m AREIA SILTOSA ARGILA NA SILTE ARENOSO A Figura apresenta a correlação proposta por Robertson e Campanella () entre resistência de ponta e tensões verticais efetivas para estimativa do ângulo de atrito interno em areias quartzosas não cimentadas. O módulo confinado, M, pode ser estimado empregando a Equação. Michell e Gardner () propõe, para as areias, valores de α entre, e,0, sendo utilizado o valor de α igual a. M = q c α () 0 AREIA SILTOSA Figura 0. Perfil geotécnico tranversal interpretado a parir de resultados de ensaios CPTU.. Estimativa de parâmetros geotécnicos a partir dos resultados dos ensaios CPTU Empregando-se correlações disponíveis na literatura para interpretação de ensaios de piezocone é possível estimar parâmetros geotécnicos das camadas de areias e de argilas. Para entendimento do processo erosivo é muito importante conhecer os parâmetros geotécnicos das camadas arenosas. A estimativa de tais parâmetros será feita a seguir a partir do conhecimento de tensões geostáticas e dos valores de resistência de ponta médios de cada camada, assumindo nesse caso q c igual a q t, válidos em camadas de areias onde praticamente não há excesso de poro-pressão gerado. As equações e ábacos utilizados serão apresentados a seguir, para solos granulares. A medida de resistência de ponta q c pode ser utilizada na previsão da dendidade relativa D r (Figura ) e ângulo de atrito interno (Figura ) (Schnaid, 000). A Equação, proposta por Baldi et al (), possibilita a estimativa da densidade relativa, e a Figura apresenta o gráfico proposto por Baldi et al () para estimativa de D r. Figura. Estimativa de D r de uma areia quartzosa, normalmente e pré-adensada, sem cimentação e sem envelhecimento (Robertson e Campanella, ). Figura. Correlação utilizada para estimativa de ângulo de atrito interno. D r = C q.ln C0. c C ( ) σ ' v0 () Baldi et al () propõe um ábaco que apresenta a estimativa do módulo de

7 COBRAMSEG 00: ENGENHARIA GEOTÉCNICA PARA O DESENVOLVIMENTO, INOVAÇÃO E SUSTENTABILIDADE. 00 ABMS. deformabilidade em função da resistência de ponta, q c, e nível de tensões (Figura ). Tabela. Parâmetros geotécnicos da camada de solo arenoso que ocorrem nos perfis longitudinal e tranversal. Figura. Ábaco proposto por Baldi et al,, para estimativa do módulo de deformabilidade. Por meio da resistência de ponta é possível estimar o módulo de cisalhamento máximo, para areias normalmente adensadas (Figura ). Os valores de densidade relativa (D r ) mostram que, para ambos os perfis, trata-se de uma areia mediamente compacta, uma vez que seu valor encontra-se entre a %. O ângulo de atrito interno determinado com base nos resultados de ensaios CPTU foi elevado, iguais a o e o, para as camadas de areias identificadas nos perfis longitudinal e transversal, respectivamente. Ide, 00, determinou o ângulo de atrito interno do solo arenoso que ocorrem nesse local com base em resultados de ensaios de cisalhamento direto realizados em corpos de prova extraidos de três amostras indeformadas e os valores obtidos para amostras na umidade natural foram iguais, o,, o e, o. Os dois últimos valores são muito próximos daqueles estimados a partir dos resultados dos ensaios CPTU realizados. CONSIDERAÇÕES FINAIS Figura. Estimativa do módulo de cisalhamento máximo, G máx, para areias (Robertson e Campanella, ). A Tabela apresenta os parâmetros obtidos para as camadas de areia dos perfis longitudinal e vertical, mostrando que não ocorre muita variação entre valores determinados nos dos perfis longitudinal e transversal. Os resultados apresentados indicam que o fluxo no interior do maciço carreia material e modifica a distribuição granulométrica do solo, alterando também suas propriedades, fato que foi possível de ser confirmado com os resultados dos dois tipos de ensaios de campo realizados. O mecanismo de evolução do processo erosivo instalado na área se inicia com o aumento do teor de umidade do solo pela ação da chuva podendo, em alguns pontos, chegar-se a saturação, provocando a diminuição da resistência. Uma vez saturado e com o fluxo de d água, o solo pode perder sua estrutura por erosão interna retrogressiva. Assim, é facilmente destacado e carreado, provocando a instabilidade dos taludes e evolução do processo erosivo. Apesar dos ábacos de classificação de solos

8 COBRAMSEG 00: ENGENHARIA GEOTÉCNICA PARA O DESENVOLVIMENTO, INOVAÇÃO E SUSTENTABILIDADE. 00 ABMS. para interpretação de ensaios CPT/CPTU, bem como as correlações para estimativa dos parâmetros geomecânicos terem sido desenvolvidas para solos sedimentares e ainda não terem sido adequadamente adaptadas para solos tropicais, utilizou-se esses recursos tendo conhecimento das limitações dos mesmos, apenas para estimativa de parâmetros que devem ser checadas a partir da execução de enaios específicos de campo e laboratório. A vantagem desse ensaio é o detalhamento do perfil do terreno com rapidez, ao mesmo tempo que se estima parâmetros geomecânicos de interesse para previsão de comportamento do solo. Os perfis obtidos com a interpretação do ensaio CPTU indicam que o solo local de fato é muito variável, mostrando a existência de materiais mais heterogêneos que a própria sondagem SPT. Constatou também que o ábaco proposto por Robertson et al. () indicam materias um pouco diferente da classificação granulométrica das amostras coletadas no ensaio SPT. Destaca-se que o ensaio CPT representa o comportamento dos solos nas condições de campo e não a composição granulométrica do solo. Não foi possível nessa pesquisas determinar valores dos parâmetros geotécnicos das camadas arenosas e argilosas que permitissem avaliar a aplicabilidade dos ensaios CPTU e das correlações utilizadas nessa estimativas, o que deverá ser feito na continuidade dessa pesquisa. Foi possível apenas determinar o ângulo de atrito interno da camada de solo arenoso a partir de ensaios de cisalhamento direto realizados em corpos de prova extraidos de três amostras indeformadas e os valores estimados a partir dos resultados dos ensaios CPTU são próximos, o que é encorajador para continuidade dessa pesquisa. AGRADECIMENTOS REFERÊNCIAS Associação Brasileira de Normas Técnicas (00). Execução de Sondagem de Simples Reconhecimento nos Solos. ABNT. NBR /0. p. Associação Brasileira de Normas Técnicas (). Ensaio de Penetração de Cone In Situ (CPT) CB- ABNT. NBR 0/. p. Baldi, G., Bellotti, R., Ghionna, V., Jamiolkowski, M. E Pasqualini, E. (). Cone Resistance of a Dry Medium Sand, 0th International Conference on Soil Mechanics and Foundation Engineering Stockholm, Vol, p. -. Baldi, G., Bellotti, R., Ghionna, V., Jamiolkowski, M. E Pasqualini, E. (). Interpretation of CPT s and CPTU s nd Part: Drained Penetration of Sands, th Int. Geotechnical Seminar, Nenying Technological Institute, Singapore, Field Inst & In Situ Measurements, p. -. Ide, D. M. (00). Estudos de Mecanismos de Processos Erosivos Provocados por Loteamentos. Dissertação de Mestrado. Escola de Engenharia de São Carlos, Universidade de São Paulo. p. Larsson, R. (). Use of a thin slot as filter in piezocone tests. Proceedings CPT, V., pp.-0. Mio, Giuliano de ; Mondelli, Giulliana ; Giacheti, Heraldo Luiz. (00). Ensaios de piezocone com filtro de cavidade na investigação de solos tropicais. In: o. Simpósio Brasileiro de Solos Não Saturados, São Carlos/SP. o. Simpósio Brasileiro de Solos Não Saturados, 00. v.. p. -. Mitchell, J.K. e Gardner, W. S. (). In-Situ Measurement of Volume Change Characteristics, State-of-the-Art Report, Proceedings of the Conference on In-Situ Measurement of Soil Properties, Specialty Conference of the Geotechnical Division, North Carolina State University, Raleigh, Vol II. Robertson, P.K., Campanella, R.G. e Gillespie, D.J. (). Cone Penetration Testing in Deltaic Soils, Canadian Geotechnical Journal, Vol 0, No, p. -. Robertson, P.K., Campanella, R.G., Gillespie, D.J. e Grieg, J. (). Use of Piezometer Cone Data, Proceedings of In-Situ', ASCE, Geotechnical Special Publication, No, p.-0. Schnaid, F. (000). Ensaios de Campo e suas Aplicações à Engenharia de Fundações. São Paulo: Oficina de Textos, p. Os autores agradecem aos técnicos e alunos de pós-graduação da EESC/USP e UNESP/Bauru envolvidos nessa pesquisa, ao CNPq e Capes pelas bolsas de estudos concedidas, e à FAPESP, pelo financiamento de equipamentos e de parte dos ensaios de campo realizados.