UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA

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1 UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA ANEXO 3 MAPEAMENTO GEOTÉCNICO DA SUSCETIBILIDADE A MOVIMENTO DE MASSA NA BACIA DO ITACORUBI EQUIPE Prof. Dr. Rafael Augusto dos Reis Higashi Mestrando Eng. Luiz Henrique Guesser Acadêmicos de Graduação Acad. Aline Helena Delfino Steffens Acad. Miryan Yumi Sakamoto Acad. Mônica C. Generini de Oliveira Acad. Rodolfo Joaquim Contessi Acad. Rodrigo Paulo de Abreu Florianópolis 2013/2014

2 RESUMO Os deslizamentos de encostas são um dos principais desastres naturais do país envolvendo o maior número de vítimas fatais e estão frequentemente relacionados ao mau uso e ocupação do solo. Assim, surge a necessidade de criação de um mapeamento de áreas de risco, que mostre faixas de ocupação aceitáveis, indicando medidas e recomendações a serem adotadas para minimizar as alterações e os impactos ambientais no local a ser habitado, a fim de servir de apoio na gestão da expansão urbana e, consequentemente, prevenir a ocorrência de desastres naturais. Neste estudo, foi feito o mapeamento das unidades geotécnicas da Bacia Hidrográfica do Itacorubi, na cidade de Florianópolis/SC, visto que se trata de uma região com indicativos de grande crescimento populacional. Adotou-se a metodologia proposta por Davison Dias (1995) para mapeamento geotécnico, onde a resistência dos solos foi o aspecto considerado alvo do trabalho. Para a previsão do comportamento mecânico do solo, foram realizados ensaios laboratoriais de caracterização, além de MCT e ensaios de resistência ao cisalhamento. Destaca-se a importância do conhecimento acerca dos meios físicos da área estudada, tais como a pedologia, geologia, litologia, relevo e clima, para a composição e análise do mapa geotécnico. A fim de realizar análise da instabilidade de encostas, foi utilizado o software SHALSTAB (Shallow Slope Stability Model) que une dados hidrológicos da bacia em questão e parâmetros de solos para a obtenção de mapas de suscetibilidade e escorregamentos. O mapa das áreas suscetíveis a deslizamentos rasos foi gerado para diferentes cenários, com profundidades de ruptura variáveis. Palavras-Chave: Mapeamento Geotécnico. Borehole Shear Test. Cisalhamento Direto. SIG. Modelo SHALSTAB.

3 LISTA DE FIGURAS Figura 1: Modelo Hidrológico Figura 2: Análise por Talude infinito Figura 3: Esquema de fluxo da água em função das células vizinhas Figura 4: Processo de cruzamento de mapas Figura 5: Nomenclatura utilizada nas unidades geotécnicas Figura 6: Geração do mapa geotécnico Figura 7: Rastejo Figura 8: Exemplos de rastejo Figura 9: Escorregamento planar Figura 10: Exemplo de escorregamento planar Figura 11: Escorregamento circular Figura 12: Exemplo de escorregamento circular Figura 13: Escorregamento em cunha Figura 14: Exemplo de escorregamento em cunha Figura 15: Queda de blocos Figura 16: Exemplo de queda de blocos Figura 17: Tombamento Figura 18: Exemplo de tombamento Figura 19: Rolamento de blocos Figura 20: Corrida de lama Figura 21: Exemplo de corrida de lama Figura 22: Corrida de detritos Figura 23: Fluxo de terra Figura 24: Fluxo de detritos Figura 25: Esquema do funcionamento do BST Figura 26: Esquema do BST Inundado Figura 27: Resultados típicos dos ensaios BST Figura 28: Fator de correlação dos parâmetros de coesão Figura 29: Fator de correlação dos parâmetros de ângulo de atrito Figura 30: Localização da Bacia do Itacorubi Figura 31: Mapa Geotécnico da Bacia Hidrográfica do Rio Itacorubi, Florianópolis (SC). 67 Figura 32: Mapa Geológico da Bacia Hidrográfica do Rio Itacorubi, Florianópolis (SC) Figura 33: Mapa Pedológico da Ilha de Santa Catarina Figura 34: Areia Quartzosa formada em cobertura psamítica Figura 35: Perfil de Cambissolo álico moderado Figura 36: Glei Húmico formado em sedimentos aluvionais argilo-arenosos Figura 37: Perfil de Solo Orgânico originado em ambiente palustre Figura 38: Solo Podzólico Vermelho-Amarelo Álico originado por sedimentos Figura 39: Localização das áreas de estudo Figura 40: Área de estudo Figura 41: Área de estudo Figura 42: Área de estudo Figura 43: Área de estudo Figura 44: Área de estudo ponto

4 Figura 45: vista do ponto Figura 46: Tradagem para execução do Borehole Shear Test Figura 47: Inserção da sonda cisalhante para o ensaio BST Figura 48: Montagem do aparelho BST Figura 49: Montagem do aparelho BST Figura 50: Execução do ensaio BST Figura 51: Execução do ensaio BST Figura 52: Borehole Shear Test ponto Figura 53: Borehole Shear Test ponto Figura 54: Coleta de amostras para ensaio de cisalhamento direto ponto Figura 55: vista do ponto Figura 56: Coleta de amostras para ensaio de cisalhamento direto ponto Figura 57: Coleta de amostras para ensaio de cisalhamento direto ponto Figura 58: Execução do ensaio BST Figura 59: Execução do ensaio BST Figura 60: Borehole Shear Test ponto Figura 61: Borehole Shear Test ponto Figura 62: Área de estudos ponto Figura 63: Área de estudos ponto Figura 64: vista a partir do ponto Figura 65: Coleta de amostras para ensaio de cisalhamento direto ponto Figura 66: Coleta de amostra para ensaio de cisalhamento direto - ponto Figura 67: Borehole Shear Test ponto Figura 68: Borehole Shear Test ponto Figura 69: Execução do ensaio Borehole Shear Test Figura 70: Área de estudos ponto Figura 71: Área de estudos - ponto Figura 72: vista a partir do ponto Figura 73: Coleta de amostras para o ensaio de cisalhamento direto ponto Figura 74: Borehole Shear Test ponto Figura 75: Borehole Shear Test - ponto Figura 76: Cronograma de atividades Figura 77: Amostra indeformada Figura 78: Destorroamento do solo Figura 79: Amostra de solo pra granulometria Figura 80: Peneira 2mm Figura 81: Fração Grossa Figura 82: Fração fina Figura 83: Determinação da massa específica real dos grãos Figura 84: Pesagem do picnômetro Figura 85: amostras para execução do ensaio Figura 86: Aplicação dos dois ciclos de vácuo Figura 87: Pesagem final Figura 88: Esquema do ensaio Figura 89: Aparelho de Casagrande Figura 90: Solo antes da execução do ensaio

5 Figura 91: Solo depois da execução do ensaio Figura 92: Detalhe do fechamento da ranhura Figura 93: Moldagem do cilindro Figura 94: Homogeinização da amostra Figura 95: Cilindro de solo de 3mm Figura 96: Amostras para determinação do teor de umidade Figura 97: verificação do teor de umidade Figura 98: Preenchimento do anel Figura 99: Retração do solo Figura 100: Exemplo de comportamento após reabsorção de água Figura 101: Exemplo de comportamento após reabsorção de água Figura 102: Exemplo de comportamento após reabsorção de água Figura 103: Esquema de penetração da pastilha de solos Figura 104: Medição da penetração Figura 105: Esfera se desagrega em até 10s Figura 106: Esfera se desagrega em até duas horas Figura 107: Esfera se desagrega em blocos milimétricos Figura 108: Esfera não se altera Figura 109: Gráfico para a determinação expedita MCT pelo método das pastilhas Figura 110: Critério de ruptura de Mohr-Coulomb Figura 111: Equipamento de Cisalhamento Direto - Célula Figura 112: Equipamento de cisalhamento direto - Prensa Figura 113: Colocação da amostra na caixa Figura 114: Caixa de cisalhamento direto Figura 115: Execução do ensaio Figura 116: Envoltória de ruptura de Moh-Coulomb Figura 117: Equipamento Borehole Shear Test Figura 118: Equipamento Borehole Shear Test Figura 119: Trados helicoidais Figura 120: Perfuração do solo Figura 121: Inserção da sonda cisalhante Figura 122: Inserção da sonda cisalhante Figura 123: Manômetro com bomba manual Figura 124: Sonda cisalhante expandida Figura 125: Sonda cisalhante expandida Figura 126: Montagem do aparelho BST Figura 127: Montagem do aparelho BST Figura 128: Execução do ensaio BST Figura 129: Manômetro para leitura da tensão cisalhante Figura 130: Ambiente de trabalho AutoCAD Figura 131: Ambiente de trabalho ArcGIS Figura 132: Mapa pedológico Figura 133: Mapa geológico Figura 134: Unidades geotécnicas Figura 135: Mapa geotécnico da bacia do Itacorubi Figura 136: Mapa topográfico da bacia do Itacorubi

6 Figura 137: Rede triangular Irregular da bacia do Itacorubi Figura 138: TIN em vista tridimensional Figura 139: Modelo digital do terreno da bacia do Itacorubi Figura 140: Mapa de declividades da bacia do Itacorubi Figura 141: Correção de incoerências geradas no MDT Figura 142: Mapa de Sumidouro da bacia do Itacorubi Figura 143: Método D Figura 144: Vetor de direção de fluxo Figura 145: Mapa de direções da bacia do Itacorubi Figura 146: Rede de drenagem Figura 147: Mapa de contribuição da bacia do Itacorubi Figura 148: Compressão da parte inferior da amostra Figura 149:Ruptura inclinada do corpo de prova Figura 150: Classificação MCT Figura 151: Mapa de suscetibilidade para escorregamento raso de 10 metros da bacia do Itacorubi Figura 152: Mapa de suscetibilidade para escorregamento raso de 5 metros da bacia do Itacorubi

7 LISTA DE TABELAS Tabela 1: Principais procedimentos que auxiliaram no desenvolvimento do mapeamento geotécnico Tabela 2: Principais metodologias de mapeamento geotécnico segundo Kopezinski Tabela 3: Classes de relevo baseado no Sistema Brasileiro de Classificação dos Solos Tabela 4: Identificação de espessura de horizonte Tabela 5: Resultados para operadores diferentes Tabela 6: Resultados dos Pontos Tabela 7: Comparação dos resultados entre BST e Cisalhamento Direto Tabela 8: Fator de correlação Tabela 9: Coordenadas topográficas das áreas de estudo Tabela 10: Escala granulométrica segundo a NBR 6502/ Tabela 11: Ensaio MCT para alguns solos do estado de Santa Catarina Tabela 12: Valores de Coesão e Ângulo de Atrito dos solos de Santa Catarina Tabela 13: Incremento de pressão Tabela 14: Unidades geológicas e litológicas Tabela 15: Unidades geotécnicas e respectivas áreas da bacia do rio Itacorubi Tabela 16: Classificação do relevo Tabela 17: Ângulo de Atrito e Coesão Tabela 18: Índice de Plasticidade Tabela 19: Suscetibilidade ao deslizamento de 10 metros Tabela 20: Classe de Estabilidade para escorregamentos de 10 metros Tabela 21: Suscetibilidade ao deslizamento de 10 metros Tabela 22: Classe de Estabilidade para escorregamento de 5 metros

8 SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO REVISÃO BIBLIOGRÁFICA APLICAÇÃO DO MODELO SHALSTAB Formulação do SHALSTAB Limitação e Ajustes MAPEAMENTO GEOTÉCNICO Idealização de Mapeamento Geotécnico Metodologias de Mapeamento Geotécnico BANCO DE DADOS GEOTÉCNICOS EM SIG MOVIMENTOS DE MASSA PARÂMETROS DE RESISTÊNCIA DOS SOLOS CISALHAMENTO DIRETO ENSAIO BOREHOLE SHEAR TEST CARACTERIZAÇÃO DA ÁREA DE ESTUDOS DEFINIÇÃO DA ÁREA CLIMA E VEGETAÇÃO GEOMORFOLOGIA E RELEVO GEOLOGIA PEDOLOGIA DEFINIÇÃO DE PONTOS DE COLETA DE AMOSTRA Fotos do Ponto Fotos do Ponto Fotos do Ponto Fotos do Ponto MÉTODO MÉTODOS DE ENSAIOS ENSAIOS DE CARACTERIZAÇÃO Massa Específica Aparente Natural Teor de Umidade Natural Granulometria com Sedimentação Massa Específica Real dos Grãos Índices de Consistência Classificação MCT - Método Expedito das Pastilhas

9 4.2 ENSAIOS DE RESISTÊNCIA AO CISALHAMENTO Cisalhamento Direto Borehole Shear Test EDIÇÃO PRELIMINAR DOS MAPAS Mapa Pedológico Mapa Geológico Mapa Geotécnico Definitivo Mapa Topográfico Rede Triangular Irregular (TIN) Modelo Digital do Terreno (MDT) Mapa de Declividade Mapa de Sumidouros Mapa de Direções de Fluxo Mapa de Contribuição RESULTADOS ALCANÇADOS ATÉ O MOMENTO ENSAIOS DE RESISTÊNCIA AO CISALHAMENTO Cisalhamento Direto Borehole Shear Test Comparação dos Resultados ENSAIOS DE CARACTERIZAÇÃO Massa Específica Granulometria Índice de Consistência Classificação MCT Resumo dos Resultados RESULTADO DO MODELO SHALTAB CONCLUSÕES REFERÊNCIAS

10 10 1 INTRODUÇÃO Em um país em desenvolvimento como o Brasil, cuja ocupação territorial possui perspectivas de expansão, é indispensável uma política de planejamento do meio físico. A utilização de mapas geotécnicos, os quais classificam e representam os componentes do ambiente geológico, possibilita o auxílio e a interpretação de dados necessários como subsídio ao planejamento regional e urbano de uso e ocupação do solo e a implantação de políticas públicas de conscientização da população. O conhecimento prévio das características do solo serve para a posterior delimitação dessas áreas, sendo essencial o levantamento dos processos que atuam no meio a ser investigado, como a erosão, o assoreamento, as áreas de inundação e a instabilidade de encostas, assim como os impactos associados. Depois de criado um banco de dados geotécnicos do local e feito um estudo do impacto da ação antrópica, a gestão dos terrenos deve determinar uma faixa de ocupação aceitável, indicando quais as áreas mais adequadas e seguras, e quais as medidas e recomendações a serem adotadas para minimizar as alterações e os impactos ambientais. Neste contexto, o mapeamento geotécnico pode ser definido como uma metodologia, sob a forma de um mapa, onde são representadas as principais características geomecânicas do solo. Com estes mapas podemos prever o comportamento de polígonos de solos chamados de unidades geotécnicas, para futuras aplicações em projetos ambientais e de engenharia. O estado de Santa Catarina destaca-se nacionalmente por problemas relacionados à erosão hídrica, nele adotamos a bacia do Itacorubi, localizada no município de Florianópolis, que abrange os bairros Córrego Grande, Jardim Santa Mônica, Parque São Jorge, Trindade e Itacorubi. Os elevados índices pluviométricos da bacia, junto ao uso e ocupação irregular do solo, fazem com que o risco de catástrofes como deslizamentos de terra sejam cada vez mais frequentes. Com acrescente ascensão imobiliária e comercial nas ultimas décadas, a urbanização acelerada tem produzido aglomerados populacionais, em sua maioria de forma rápida e desordenada, alterando significativamente as condições do solo no local. A característica principal deste tipo de ocupação se dá através de construções em locais com severas

11 11 restrições ao uso urbano como: áreas de mananciais, encostas íngremes e áreas sujeitas à inundação (MOTTER et al., 2001). Para se obter uma análise clara, rápida e completa dos problemas que envolvem um ambiente espacial, foram utilizados os Sistemas de Informações Geográficas (SIG), que possibilitam a integração de dados e informações gráficas em um único ambiente computacional. Através de softwares de edição de SIG, é possível então dispor áreas associadas a dados geotécnicos georreferenciados. Tais dados podem ser referentes à pedologia, geologia, litologia, características das amostras de sondagem, declividade do terreno, nível do lençol freático, parâmetros físicos e de resistência, entre outros. Associando os dados de relevo e caracterização dos solos em ambientes SIG, é possível criar simulações para áreas suscetíveis a escorregamentos de encostas. Sendo assim, os resultados obtidos são de grande importância para fins de planejamento urbano. Este relatório apresenta o mapeamento geotécnico da bacia do rio Itacorubi, tendo como base a metodologia de Davison Dias (1995). A resistência dos solos foi o aspecto considerado alvo do trabalho, sendo executados ensaios de cisalhamento direto e ensaios in situ com o método ainda pioneiro no Brasil, Borehole Shear Test, para a estimativa dos parâmetros coesivos e de atrito dos solos, assim como ensaios de caracterização do solo. Esses parâmetros serviram de base para a análise da estabilidade das encostas e posterior classificação, conforme a aptidão à urbanização, das diferentes unidades geotécnicas.

12 12 2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA Neste capítulo será abordada a fundamentação teórica para o embasamento da pesquisa. Foram selecionados cinco temas, tendo em vista a importância de cada um. São eles: Aplicação do modelo SHALSTAB, mapeamento geotécnico, Banco de dados geotécnicos em SIG, Movimentos de Massa, Parâmetros de Resistência dos Solos. 2.1 APLICAÇÃO DO MODELO SHALSTAB O SHALSTAB (Shallow Slope Stability Model), desenvolvido a partir de pesquisas de Montgomery e Dietrich (1994), e posteriormente automatizado para utilização em SIGs por Dietrich e Montgomery (1998), é um modelo que, através de formulações matemáticas utilizando parâmetros geotécnicos, topográficos e hidrológicos, cria dois modelos: de estabilidade de encosta e hidrológicos, determinando a existência de áreas susceptíveis a escorregamentos translacionais rasos para cada unidade (pixel) de uma base de dados. O presente trabalho estima, através do SHALSTAB, áreas suscetíveis a escorregamentos de encostas na bacia hidrográfica do rio Itacorubi e, para isto, é necessário o MDT (Modelo Digital do Terreno), o qual oferece subsídio para a geração de mapas de declividade e índice geomorfológico. A integração do SHALSTAB ao mapeamento geotécnico pode compor uma ferramenta útil na prevenção de deslizamentos, auxiliando no planejamento de uso e ocupação do solo, diminuindo possíveis danos que podem ser causados à sociedade caso ocorram catástrofes devido aos movimentos do solo (REGINATTO, 2013). Diferentes locais com ocorrência de deslizamentos vêm sendo analisados por intermédio da ferramenta SHALSTAB. Guimarães (2000), Fernandes et al. (2001) e Gomes (2006) aplicaram o modelo para estudar as bacias hidrográficas do Maciço da Tijuca RJ. Ramos et al. (2002) em Minas Gerais e Higashi e Michel (2012) em Santa Catarina realizaram pesquisas fundamentados neste modelo. Segundo Reginatto (2013), esse método possui como característica principal a facilidade de sua aplicação, além de considerar os parâmetros climáticos e topográficos, bem como propriedades físicas e de resistência do solo, permitindo gerar cenários de suscetibilidade em função de diversos eventos pluviométricos e diferentes parâmetros de resistência dos solos.

13 13 Basicamente, o SHALSTAB utiliza a equação de estabilidade para taludes infinitos para designar o grau de estabilidade da encosta. Os parâmetros de entrada para o modelo são coesão, ângulo de atrito, profundidade do solo e peso específico, juntamente com o modelo digital do terreno, mapa de área de contribuição e mapa de declividade. A resposta do modelo se dá em função de um parâmetro livre q/t (quantidade de chuva/transmissividade do solo), o qual fornece sete classes de estabilidade. As classes extremas representam áreas incondicionalmente estáveis e incondicionalmente instáveis. As demais classes podem ser utilizadas como comparação entre áreas ou então, pode-se estimar o parâmetro q apenas entrando com o parâmetro T de transmissibilidade do solo (MICHEL et al., 2012). Os resultados alcançados estão intimamente ligados à qualidade dos dados utilizados. Ramos et al. (2002) utilizaram informações na escala 1:50.000, considerada pequena para esse fim, porém, concluíram que os resultados foram satisfatórios. De acordo com Gomes (2004), a escala 1: pode ser utilizada apenas em análises preliminares. Para melhorar a eficácia do modelo em áreas críticas, deve-se utilizar elevações na escala 1: Nos casos onde não se dispõe de dados planialtimétricos em escalas refinadas é possível utilizar esta ferramenta como subsídio no mapeamento Formulação do SHALSTAB Para a análise de estabilidade, o programa utiliza de um sistema de talude infinito, em que assume o estado de equilíbrio (steady-state), o fluxo paralelo à superfície e a lei de Darcy para estimar a distribuição espacial das poropressões (MORRISSEY et al., 2001). Também se utiliza a Lei de Mohr-Coulomb, a qual afirma que, durante a ruptura, o peso do solo é resultante das forças estabilizadoras. O SHALSTAB é um modelo determinístico que identifica áreas suscetíveis aos deslizamentos translacionais rasos. Os parâmetros topográficos e geotécnicos são combinados no modelo de encosta infinita, enquanto que os parâmetros hidrológicos e geomorfológicos são agrupados no modelo hidrológico (MICHEL, 2013). O modelo hidrológico utilizado é baseado no estado uniforme de recarga descrito por Beven e Kirkby (1979) e O loughlin (1986). Nesse modelo é simulada a variação da altura de coluna de água no solo em períodos chuvosos. O modelo desenvolvido definiu um padrão de equilíbrio de saturação do solo baseado na análise da área de contribuição a montante,

14 14 na transmissividade do solo e na declividade. Neste modelo, considera-se que o fluxo infiltra até um plano de mais baixa condutividade, em geral o contato solo-rocha, seguindo então, um caminho determinado pela topografia. Figura 1: Modelo Hidrológico FONTE: Michel (2013) Na Figura 1, pode-se ver sucintamente a representação do modelo, onde a, representa a área de contribuição a montante (em metros quadrados), e b representa o comprimento da fronteira inferior de cada elemento (em metros), q (m/dia) é a taxa de recarga uniforme (chuva). A quantidade de água total que entra na camada de solo (Qs em m³/dia) é dada pela multiplicação do valor precipitado pela área de contribuição, ou seja: [1] Por outro lado, a quantidade de água que sai da camada de solo saturado (Qsem m³/dia) pelo escoamento subsuperficial é dada pelo produto da velocidade do fluxo (descrita pela Lei de Darcy) pela área de saída. Na Lei de Darcy, o parâmetro k, em m/dia, é considerado constante para toda a camada de solo, e o gradiente hidráulico i, em m/m, é dado pelo quociente entre a carga hidráulica e o comprimento do meio poroso a ser percorrido. A carga hidráulica é dada pela simples diferença entre as cotas de entrada e

15 15 saída da água, enquanto que o comprimento do meio poroso é o comprimento da encosta. Assim, o gradiente hidráulico pode ser representado por sinθ. [2] Assim: [3] Ao ocorrer a condição uniforme, podem-se igualar as equações de entrada e saída de água, da forma: [4] Ao ocorrer a saturação completa, a equação se modifica devido ao fato da quantidade de água que sai se tornar máxima, assim: á [5] Ao isolar parte da equação, tem-se: á [6] Onde: [7] Assim, T é a transmissibilidade do solo, em m³/dia. Para O Loughlin (1986) a umidade é a parcela saturada do solo em um dado estado uniforme de recarga. Sendo assim pode-se obter o nível de saturação do solo pode ser

16 16 obtido através da relação entre a água que entra no sistema sob a forma de recarga uniforme e a água que sai através da camada saturada do solo, ou seja: á [8] Assim: [9] Onde w é a umidade do solo em m/m. Ao substituir as equações (3) e (5) na (8), tem-se a seguinte resposta: [10] Assim, juntando as equações (9) com a (10) tem-se: [11] Com a equação (11), pode-se determinar a parcela saturada do solo em determinado ponto a partir de condições geomorfológicas e hidrológicas. O modelo de estabilidade é baseado na lei de Mohr-Coulomb, cuja ruptura se dá no momento em que as forças estabilizantes não suportam as forças de instabilização (GUIMARÃES et al., 2003). A teoria do talude infinito (Mohr-Coulomb) é dada pela equação (12). [12]

17 17 Nessa equação, Т representa tensão cisalhante, c coesão do solo, σ tensão normal aplicada, u pressão neutra e Ф o ângulo de atrito interno do solo. Nesse tipo de análise, os efeitos gerados por atritos laterais e extremidades são desprezados, visto que as encostas têm suas dimensões principais muito maiores do que a altura de rompimento, e é por esse motivo que o SHALSTAB é utilizado para previsão de escorregamentos translacionais rasos (GUIMARÃES et al., 2003). Na análise de talude infinito, o bloco representativo fica inserido no meio do material homogêneo, sendo assim o peso (P) do bloco não pode ser obtido de forma direta, sendo necessário o auxílio da espessura perpendicular à superfície (e). Assim, o peso é definido em função da espessura vertical (z) em que sua área (ACEF) tem a forma de um paralelogramo, tomando cuidado para manter a mesma área do formato original do bloco (ABDF, em que sua altura fica perpendicular à superfície). A Figura 2 auxilia o entendimento das deduções apresentadas. Figura 2: Análise por Talude infinito FONTE: GUIMARÃES, et al. (2003) A equação (13) auxilia na análise de estabilidade por taludes infinitos. [13]

18 18 Assim, a equação do peso (P) pode ser expressa da seguinte forma: [14] Onde L é o comprimento do bloco, ρs é a densidade do solo e g é a aceleração da gravidade. As definições matemáticas de tensão cisalhante, tensão normal e pressão neutra são expressas a seguir. O parâmetro L pode ser eliminado, por se tratar de um talude infinito, e ρw é a densidade da água. [15] [16] [17] Ao inserir as equações (15), (16) e (17) na equação (12) tem-se: [18] Ao dividir todos os termos da equação (18) por g*cos2θ*tanθ, tem-se: [19] Ao assumir que, e dando continuidade às formulações matemáticas, tem-se:

19 19 [20] [21] [22] [23] [24] [25] Assim, a equação (25), que é em função de h/z, representa a altura da coluna de água presente dentro da camada de solo necessária para que a encosta venha a se desestabilizar, e esta pode ser igualada com a equação (11) (do modelo hidrológico), da seguinte forma: [26] Contudo, o SHALSTAB resolve a equação (26) em função de dois parâmetros livres, q e T: [27]

20 20 Assim, com essa equação, são geradas as classes intermediárias de resposta do SHALSTAB. As duas classes extremas (incondicionalmente estável e incondicionalmente instável) são deduzidas a partir apenas da equação (25) de talude infinito. A condição de incondicionalmente estável sugere que a encosta, mesmo com a relação h/z igual a 1 (solo completamente saturado) suporta as ações impostas a ela. Assim, é obtido um ângulo θ tal que, encostas com ângulo igual ou inferior a θ, e mesmo com o solo saturado, a encosta não iria deslizar. Isso se faz impondo h/z igual a 1 na equação (25), com isso: [28] Desta forma, declividades inferiores a tanθ não deslizam, mesmo nas piores condições (chuva intensa e duradoura). Por outro lado, a condição de incondicionalmente instável sugere um ângulo θ tal que, acima do mesmo, mesmo com condições favoráveis (solo seco, relação h/z igual a 0), não existiria a possibilidade de a encosta continuar estável. Isso se dá igualando a equação (25) a zero, resultando em: [29] Portanto, com a equação (29) pode-se saber as declividades superiores a tanθ as quais os parâmetros de resistência do solo não suportam e a encosta se instabiliza. Por fim, com as equações (27), (28) e (29), são geradas as sete classes de resposta do SHALSTAB, sendo as classes extremas geradas pelas equações (28) e (29), e as classes intermediárias geradas pela equação (27).

21 Limitação e Ajustes O modelo SHALSTAB solicita um único conjunto de parâmetros geotécnicos para toda a área analisada, ou seja, para toda a área analisada o solo será representado com apenas um único parâmetro de coesão, ângulo de atrito interno e parâmetro de peso específico. Sendo assim, mesmo sendo uma ferramenta muito útil para determinar áreas suscetíveis aos deslizamentos translacionais rasos, ela possui algumas limitações. Para alterar essa limitação inicial, foram inseridas mais duas variáveis na equação do SHALSTAB, uma de coesão de raízes e outra de peso de vegetação, que podem ser executadas no software ArcGIS, da ESRI, através de um algoritmo criado por Michel (2013). Com este algoritmo, tem-se a possibilidade de tornar espaciais os parâmetros geotécnicos em função das respectivas unidades geotécnicas que forem encontradas na área de estudo. Outro fator que pode influenciar nos resultados finais, é a forma de gerar o mapa da área de contribuição. Ao usar o SHALSTAB, o mesmo gera esse mapa utilizando uma ferramenta que analisa a área de contribuição em função de oito direções principais para o escoamento da água, conforme a Figura 3. Isso é feito pela análise das células vizinhas do MDT (CARVALHO et al. 2010). Figura 3: Esquema de fluxo da água em função das células vizinhas FONTE: CARVALHO et al. (2010) Ao utilizar essas ferramentas, acrescentando mapas em escalas adequadas, delimitações geotécnicas coerentes e ensaios bem executados (os quais fornecem parâmetros geotécnicos de boa qualidade), nos aproximamos cada vez mais de resultados confiáveis.

22 MAPEAMENTO GEOTÉCNICO A fim de desenvolver um mapeamento geotécnico para solos tropicais, Davison Dias (1985, 1986, 1987, 1989 e 1993) criou uma metodologia, denominada Mapeamento Geotécnico de Grandes Áreas, esta demonstra de forma abrangente as estimativas de unidades geotécnicas, com o propósito de prever o comportamento do solo relacionando-o com a sua gênese. A metodologia proposta por Davison Dias (1995) baseia-se na sobreposição dos mapas geológico e pedológico, e indicações do comportamento de solo, para que se obtenha um terceiro mapa de estimativa de comportamento dos solos, o mapa geotécnico, constituindo assim as unidades geotécnicas (polígonos) com suas respectivas estimativas de comportamento geomecânico. Por meio de características morfológicas dos horizontes pedológicos, e características físicas e químicas das unidades geotécnicas, ou seções delimitáveis, a constatação da uniformidade das características geomecânicas podem ser estimadas com base em ensaios geotécnicos em laboratório ou in situ. Desta forma, para a construção do mapa geotécnico da área da bacia do Itacorubi, foi utilizada fundamentalmente a metodologia de Davison Dias (1995), onde são empregados os mapas geológico e pedológico da região como base para a geração do Mapa de Estimativa de Unidades Geotécnicas. O procedimento exemplificado da obtenção das unidades geotécnicas preliminares é apresentado na Figura 4. Figura 4: Processo de cruzamento de mapas FONTE: Higashi (2014)

23 23 O cruzamento dos mapas geológico e pedológico resulta no mapa de unidades geotécnicas preliminares que, segundo Davison Dias (1995), levam o nome da unidade litológica (em letra maiúscula) e da unidade pedológica (em letra minúscula), conforme exemplificado na Figura 5. Figura 5: Nomenclatura utilizada nas unidades geotécnicas FONTE: Higashi (2014) Idealização de Mapeamento Geotécnico Estudos que utilizam mapas geológicos para compor mapas geotécnicos vêm sendo elaborados desde o início do século XX, gerando diversas obras e autores. O mapeamento geotécnico evoluiu a partir da integração de vários procedimentos, através de novas técnicas de mapeamento, enriquecendo tanto conteúdo como a representação gráfica, Nakazawa (1998). A Tabela 1 descreve os principais procedimentos.

24 24 Tabela 1: Principais procedimentos que auxiliaram no desenvolvimento do mapeamento geotécnico PROCEDIMENTOS ANO LOCAL DESCRIÇÃO Método de Moldenhawer Método de Streme Esquema de Muller Método de Groschopf Metodologia de Gwinner Classificação de Benz Sistema de Graupner *ND Vila de Dantzig *ND Comunid ade de Mark Região de Ulm Vila de Gotturgen Vila de Stuttgart *ND Embasou as técnicas modernas de mapeamento. Dividiu os terrenos em função da profundidade e apresentou o resultado em dois tipos de mapas (sondagens e geotécnico) Stremme publicou um conjunto de cartas produzidas por Ostendorff sobre geologia e geotecnia dos terrenos. As cartas geológicas obedeciam ao esquema de Moldenhawer e a geotécnicas estabeleciam, de forma natural, as taxas de trabalho admissível para as fundações e as possibilidades de escorregamento. Muller publicou um mapa geológico de afloramentos, uma carta de terrenos adequados à construção (interpretativa) e uma carta de planificação, usando cores e sinais para diferenciar as unidades, suas características e seus componentes. Tem como finalidade caracterizar um tipo de representação gráfica. O mapa geológico apresenta os materiais aflorantes, representados por cores e os do substrato rochosos por letras. Gwinner foi o primeiro a pensar em termos de unidade geotécnica, apoiando-se na proposta de Terzaghi de interação dos dados de propriedades físicas e comportamento mecânico dos solos com as condições geológicas. Baseia-se na subdivisão das áreas em zonas, utilizando os princípios dos ensaios da Mecânica dos solos e examinando as camadas em função da capacidade de suporte para construção. Sistema composto por três pares de cartas e fichas, sendo que cada par foi usado para um fator, tendo Graupner adotado escalas em torno de 1:10.000, no estágio de

25 25 Método de Quadran (quadrante) Freiberg - Escola Superior de Minas reconhecimento e 1:1.000, na solução de problemas específicos. Suas divisões referem-se às variações de diversas características do meio físico, tais como espessura ou profundidade do nível d água, sendo proposto por Wawser, Rieger e Hille. Nota: ND - Não Definido FONTE: Zuquette 1992 Conforme Zuquette (1993) o mapeamento geotécnico, no sentido restrito, nasceu por volta de 1913 quando Langen apresentou alguns documentos gráficos durante a feira de construção de Leipzig na Alemanha. Certas cidades alemãs tinham o intuito de demarcar, por meio de cores e símbolos, as áreas inundáveis, a variação do lençol freático e as áreas de exploração de materiais para construção civil, através da sobreposição de plantas anexadas aos projetos de desenvolvimento. Em meados da década de 40, a Ex-Tchecoslovaquia foi o país que mais se destacou com os trabalhos de Pasek, Rybar, Zebera, Matula, Zaruba e outros, Nishiyama (1991). Matula e Pasek (1966) aprovaram junto ao Conselho de Assistência Econômica Mútua - COMECOM (Council for Mutual Economic Assistance) um mapa geotécnico com finalidade geral, na escala 1:25.000, que serviu de modelo para instruções internacionais aos países integrantes deste conselho. A história do mapeamento geotécnico no Brasil tem início em 1907 com o primeiro documento de geologia aplicado a obras de engenharia, utilizado para o prolongamento da Estrada de Ferro Nordestina do Brasil. A partir destas pesquisas, pioneiras no mapeamento geotécnico, outros pesquisadores desenvolveram metodologias diversas para tentar mapear, compreender e mensurar o comportamento geomecânico dos solos (HIGASHI, 2002) Metodologias de Mapeamento Geotécnico Devido à especificidade de cada estudo envolvendo mapas geotécnicos, diversas metodologias foram elaboradas, cada qual apropriada a um objetivo específico, porém todas convergindo para uma única finalidade, o mapeamento geotécnico, visando o auxílio e organização quanto ao uso e ocupação do solo por obras de engenharia.

26 26 Utiliza-se no Sul do Brasil, por exemplo, a metodologia proposta por Davison Dias (1995), onde os mapas geológico e pedológico são utilizados para a formação de unidades geotécnicas com estimativas de comportamento geomecânico. Contudo, o mapeamento geotécnico tem sido praticado em vários países, e diferentes metodologias foram desenvolvidas ou aplicadas adaptações de metodologias efetivamente comprovadas no mundo em função das suas realidades geográficas e da grande variedade de tipos de solos. De uma forma global, Kopezinski (2000) demonstra em uma tabela uma série de metodologias pioneiras de mapeamento geotécnico em todo o mundo (tabela 2). a) Método de Moldenhawer de 1919 Metodologia baseada na conversão da carta geológica da Vila de Dantzig em uma carta geotécnica. Este método tem grande valor histórico, pois embasou as técnicas modernas. b) Esquema Groschopf Este trabalho foi realizado em 1951, na região de Ulm, na Alemanha, com o propósito de caracterizar principalmente, um tipo de representação gráfica. O mapa geológico apresenta os materiais aflorantes, representados por cores e o substrato rochoso, por letras. Outras cartas também foram incluídas como as diferentes taxas de trabalho do solo e a velocidade de recalque do solo.

27 27 Tabela 2: Principais metodologias de mapeamento geotécnico segundo Kopezinski METODOLOGIA ESCALA FINALIDADE UTILIZAÇÃO IAEG (Internacional) Francesa PUCE (Austrália) Britânica (Inglesa) Russa Hinojosa e Leon <1: >1: Regional Local <1: >1:2.000 <1: >1:2.500 <1: >1:2.500 <1: >1: <1: >1: Específica Multifinalidade Específica Regional Específica Regional Específica Multifinalidade Específica Regional Específica Regional ZERMOS >1: Específica Espanhola USA (Kiefer) Canadá >1: <1:2.000 Regional e local Regional e local Específica Regional Específica Regional Específica Multifinalidade FONTE: Kopezinski (2000) Planejamento urbano e regional Planejamento urbano e regional Planejamento urbano e regional Planejamento urbano e regional Planejamento urbano e regional Planejamento e projeto de estradas Movimento de massa (planejamento) Planejamento regional e territorial Planejamento urbano e regional Planejamento urbano e regional c) Metodologia Gwinner Esta metodologia foi a primeira a utilizar termos relativos a unidades geotécnicas. Entre as unidades expressas em zonas, pode-se citar: Zonas de fundações diretas sem recalques; Zonas onde a consistência e a compacidade aumentam com a profundidade; Zonas de terrenos soltos ou com alternância de camadas duras e brandas; Zonas com possíveis escorregamentos; Zonas não diferenciadas. d) Metodologia ZERMOS (Zonas Expostas a Riscos de Movimentos do Solo) Esta metodologia foi desenvolvida na França através dos trabalhos de Antoine (1975) e Humbert (1977). Possui como finalidade principal o fornecimento de detalhes de uma área relativos às condições de instabilidade, sejam potenciais ou reais, correspondentes a

28 28 movimentos de massa, erosão, abatimentos e sismos, geralmente em escalas de 1: ou 1: A Planta Zermos identifica as zonas com possibilidades ou não de instabilidade, e deve apresentar um perímetro de proteção às áreas com instabilidade declarada ou potencial (Rodrigues, 1998). e) Metodologia PUCE ( Pattern, Unit, Component, Evaluation ) Esta metodologia foi desenvolvida por Aitchinson e Grant (1976) na Austrália. Utilizam mapas geológicos, topográficos, solos e vegetação, além de feições de relevo e drenagens para a obtenção de uma classificação dos terrenos para uso no desenvolvimento regional e urbano. Os terrenos são agrupados em unidades denominadas de província, padrão, unidade e componente: Província - definida com base na geomorfologia, levando em consideração aspectos geológicos e climáticos; Padrão - definido com base na amplitude de relevo, padrão e densidade de drenagem; Unidade - baseia-se nos critérios geomorfológicos, associação de solos e formações vegetais; Componente - definido com base nos tipos e ângulos de escorregamentos, tipo de perfil de solo, uso da terra ou da superfície de cobertura, associação vegetal e a litologia do substrato rochoso. f) Metodologia IAEG (International Association Engineering Geology) Esta metodologia teve início através de uma comissão formada por alguns membros da IAEG em 1968 e seus resultados foram apresentados em Esta forma de trabalho sugere uma orientação para o mapeamento que possa ser adequada à maioria dos países e na qual os meios para a sua confecção também sejam adequados socioeconômica e tecnicamente.

29 Metodologia de Mapeamento Geotécnico Proposta por Zuquette (1987) Zuquette (1987) propôs uma metodologia de mapeamento geotécnico para as condições brasileiras baseado em landforms, ou seja, feições do relevo. Esta metodologia se baseia em informações pré-existentes e fundamentais de cada região, onde as principais categorias de informações levantadas e analisadas dão origem aos seguintes documentos: mapas básicos fundamentais (topográficos, geológicos, de águas, etc.), mapas básicos opcionais (pedológicos, geofísicos, geomorfológico, climático e de ocupação atual ou prevista), mapas auxiliares (mapa de documentação ou de dados), cartas derivadas ou interpretativas (cartas de erodibilidade, de fundações, de deposição de rejeitos sépticos, obras viárias, materiais para construção, etc.). A metodologia propõe realizar um levantamento através de geoprocessamento, identificação de fotografias aéreas e de trabalhos in situ visando a identificação de unidades de solos cada vez menores nas áreas de interesse. Posteriormente, estas unidades homogêneas são associadas aos materiais inconsolidados e à litologia existente. Como resultado desta integração, muitas vezes realizada em um Sistema de Informações Geográficas, é gerado um mapa de landforms e um mapa de informações sobre as condições geotécnicas da área. A integração destes mapas possibilita a interpretação do comportamento geotécnico com fins de planejamento urbano. Segundo o autor, para a elaboração das unidades geotécnicas devem ser seguidas as seguintes etapas: levantamento e análise de informações já produzidas, reconhecimentos dos atributos e identificação das unidades homogêneas. Os mapas resultantes devem apresentar preferencialmente escalas entre 1: e 1: e são apresentados de três formas: Mapas de condições geotécnicas gerais: retratam todos os atributos, caracterizam o meio físico, sem separar áreas similares ou indicar potenciais e limitações; Mapa de zoneamento geotécnico geral: representam as condições do meio físico através do zoneamento de áreas similares, segundo os atributos considerados, porém sem considerar qualquer finalidade específica; Mapa de zoneamento geotécnico específico ou carta de aptidão: a região é zoneada segundo condições geotécnicas que afetam uma única finalidade (fundações, estradas, etc.).

30 Metodologia de Mapeamento Geotécnico Proposta por Davison Dias (1995) a) Análise de Levantamentos Pedológicos existentes (EMBRAPA, IBGE, RADAMBRASIL ou outros). b) Análise de Levantamentos Geológicos (RADAMBRASIL, CPRM ou outros). c) Análise de Mapas Topográficos (Exército) ou de prefeituras que podem estar em escalas 1: ou até maiores. d) Estudo de fotografias aéreas e imagens de satélite. Verificações de jazidas para estudos posteriores de campo. e) Execução de um mapa de declividade, segundo limites estabelecidos pela Embrapa (1999), tabela 3 Tabela 3: Classes de relevo baseado no Sistema Brasileiro de Classificação dos Solos CLASSES DE RELEVO DECLIVIDADE (%) Plano 0 a 3 Suave ondulado 3 a 8 Ondulado 8 a 20 Forte ondulado 20 a 45 Montanhoso 45 a 75 Escarpado Maior que 75 FONTE: EMBRAPA, 1999 modificado pelo autor f) Uso do mapa geomorfológico (individualização do relevo - plano, suavemente ondulado, ondulado e fortemente ondulado). Para este estudo foi utilizado o MDT e mapa de declividades para orientar as formas de relevo. g) Geração de estimativa das unidades geotécnicas com base na sobreposição de cartas geológicas, pedológicas e topográficas. Para cada unidade geotécnica a geologia influencia em características do horizonte de alteração da rocha (horizonte Saprolítico) e a pedologia influencia em características dos horizontes superficiais dos seus perfis típicos. Segundo a metodologia, os horizontes são classificados de acordo com a tabela 4.

31 31 Tabela 4: Identificação de espessura de horizonte Espessura de horizonte (m) Classificação 0 0,30 Sem horizonte (se) 0,30 2,00 Pouco Espesso (pe) 2,00 5,00 Medianamente Espesso (mde) 5,00 10,00 Espesso (e) > 10,00 Muito Espesso (me) FONTE: Davison Dias, 2001 h) A Topografia auxilia na definição dos limites entre as unidades ("XYZxyz ), onde as letras "XYZ" correspondem à classificação pedológica do horizonte superficial (horizontes A e B) e as letras "xyz" correspondem à geologia, caracterizando os horizontes C, RA e R. Para a interpretação da geologia, deve ser considerada a rocha dominante (litologia), e, no caso de ocorrer mais de uma litologia dominante, estas devem ser separadas por vírgulas. Ressalta-se que, apesar da metodologia utilizar-se da classificação pedológica antiga, diferente da classificação apresentada pela EMBRAPA (2006), é suficiente e eficaz o uso das classes de solos apresentada pelo método apresentado, uma vez que não foram constatados avanços na discretização dos solos com a mudança de classificação. i) Inicialmente dividem-se grandes unidades formadas por solos hidromórficos e não hidromórficos (em alguns casos, dividem-se os solos residuais dos sedimentares). Quando se dispõe de mapas geológicos dos locais a serem definidos pela cartografia, subdividem-se as grandes unidades de acordo com a geologia. Tendo como base os levantamentos pedológicos, juntamente com os geológicos, que praticamente existem para todo o Brasil publicado pelo RADAMBRASIL, assim já se torna possível estimar alguns perfis. j) Nos solos hidromórficos devem ser separadas as unidades situadas próximas aos rios ou lagoas daquelas que ocorrem entre elevações. Nas depressões, devem ser verificados os locais que ocorrem em cotas mais altas, formando micro relevos nas zonas aparentemente planas. Nas zonas mais elevadas dos micros relevos podem-se apresentar perfis Plínticos.

32 32 k) Nas unidades situadas em relevo ondulado, separar os locais onde o relevo é fortemente, suavemente ondulado e ondulado. As variações do relevo e a geologia servem como indicadores das unidades geotécnicas. l) Indicar no mapa inicial a presença de falhas e fissuras (apresentado pelo mapa geológico), e outros aspectos importantes da estrutura definidas nos mapas geológicos. Estimar as características do horizonte C a partir da geologia e experiência de campo. m) Criar um banco de dados geotécnico da área mapeada, sobretudo de sondagens SPT. Este procedimento permite que sejam traçados perfis de solos típicos da região e criados sequências topográficas de ocorrência de solos n) Para a realização da classificação das unidades geotécnicas devem ser definidos inicialmente o grau de desenvolvimento do horizonte B e não são utilizadas as informações referentes ao horizonte A. Inicialmente, procuram-se escavações recentes nas unidades delimitadas, é retirada da crosta superficial que recobre solos expostos a ciclos de molhagem e secagem e, então, executada a coleta da amostra de solo. As escavações profundas permitem a análise de todos os horizontes de solos. Caso não existam cortes ou escavações, deve ser utilizado um trado manual ou mecanizado para o reconhecimento do perfil ou acompanhar sondagens SPT que são usadas próximas à zona urbana (no uso e ocupação do solo normal, para o projeto de fundações de edificações, são executadas sondagens SPT para a identificação das características geotécnicas dos solos). Tendo em vista a dificuldade de retirada de amostras em solos tropicais e subtropicais, o método sugere o seguinte procedimento: Em solos mais evoluídos realizar a retirada de amostras, até 2.5m de profundidade, através de trincheiras exploratórias para retirada de bloco indeformado. Em maiores profundidades procurar escavações recentes. Quando possível retirar blocos indeformados. Em solos tradicionais tipo argila mole, retirar com o "Shelby". Quando for difícil a retirada de bloco, e no caso de serem realizados ensaios de resistência no cisalhamento direto e de compressibilidade no ensaio de compressão confinada, moldar diretamente os anéis no local e nas profundidades desejadas (foi o caso desta pesquisa). Torna-se interessante em um estudo inicial realizar a determinação da variação de propriedades mecânicas em perfis típicos das unidades de mapeamento.

33 33 Em todas as profundidades onde é retirada amostra indeformada deve-se retirar amostra deformada para ensaios de caracterização e cápsulas completamente cheias e vedadas com amostras para a determinação do teor de umidade. Todas as amostras devem ser guardadas para o transporte em caixas de isopor para não sofrer mudanças de umidade. Em locais formados por perfis menos evoluídos, procura-se moldar os anéis no material menos resistente e mais compressível, principalmente o situado na zona de fratura ou nas direções das xistosidades ou estratificações. o) Execução de ensaios laboratoriais e in situ. Para o mapeamento da bacia, foram considerados ensaios de caracterização do solo (massa específica aparente natural, teor de umidade natural, granulometria com sedimentação, massa específica real dos grãos, índices de consistência e classificação MCT método expedito das pastilhas), e de resistência ao cisalhamento (prensa de cisalhamento e Borehole Shear Test). Vários trabalhos, dissertações e teses adotaram esta metodologia de mapeamento geotécnico como base de suas pesquisas. Entre eles Orlandini (1990), Pinheiro (1991), Azevedo (1990), Bastos (1991), Duarte (1999), Dassoler da Silva (2000) Valente (1999), Lima Jr. (1997), Guaresi (2004), Abitante (1997), Higashi (2002a) e Santos (1997). Esta técnica de mapeamento geotécnico é comprovada por vários trabalhos, estudos e práticas de campo, e constitui a base geotécnica para o desenvolvimento da metodologia proposta na presente tese. Porém, é necessário que haja um entendimento final de que as propriedades dos solos podem apresentar variações de local para local.

34 Metodologia de Mapeamento Geotécnico Proposta por Higashi (2006) A metodologia proposta por Higashi (2006) é baseada na Metodologia de Mapeamento Geotécnico de Grandes Áreas empregada no sul do Brasil de Davison Dias (1995), sendo aplicável em zonas costeiras. Tal metodologia utiliza a Pedologia como ciência indicadora de comportamento dos solos e a Geologia. Um mapa geotécnico é construído na tentativa de prever comportamentos e estimar, em conjunto com um Sistema de Informações Geográficas, universos característicos de solos do local de estudo. O mapa geotécnico deve ser criado preliminarmente, com o objetivo de caracterizar as diferentes unidades de solos presentes na área de estudo e seu comportamento quando submetidas a diferentes solicitações e usos. Este procedimento auxilia na tomada de decisões e na escolha de quais tipos de solos devem ser caracterizados de maneira mais discretizada possível, visando aplicações geotécnicas e ambientais. Um Sistema de Informações Geográficas deve ser utilizado para a integração do mapa geotécnico do local de estudos e ensaios geotécnicos pontuais, definindo o comportamento dos principais universos geotécnicos. A confecção do mapa geotécnico deve ser realizada conforme a sequência seguinte: a) Planejamento É a fase inicial da pesquisa, onde são determinadas as informações que podem ser obtidas e suas respectivas importâncias. Define-se também a área de atuação visando a viabilidade de emprego de uma metodologia de mapeamento na região onde é possível a visualização dos resultados em longo prazo. b) Análise preliminar da geotecnia local É concluída através da análise de mapas preexistentes, a qual permite que os solos do local de estudo sejam avaliados de maneira superficial, possibilitando as primeiras análises do comportamento geomecânico das unidades de solos. c) Aquisição das informações pré-existentes Consiste na etapa de conhecimento do meio físico da área de estudo através de: Plano Nacional de Gerenciamento Costeiro (Mapas Pedológico e Geológico); Programa de

35 35 Levantamentos Geológicos Básicos do Brasil (CPRM); Projeto Cadastro de Recursos Minerais (DNPM) e Levantamento de Reconhecimento dos Solos. d) Edição e manipulação de dados preliminares Trata-se da digitalização e vetorização dos mapas em plataforma CAD (.dwg) para posterior inserção em ambiente SIG. Etapa essa, em geral, bastante trabalhosa. e) Criação do mapa geotécnico preliminar Após a edição dos mapas pedológico e litológico, é gerado o mapa de estimativas de unidades geotécnicas através da sobreposição dos mesmos em ambiente SIG, conforme ilustra a Figura 6. Figura 6: Geração do mapa geotécnico FONTE: HIGASHI, 2006 f) Análise temporal das manchas urbanas Nessa etapa deve ser feita a análise do crescimento da mancha urbana do local de estudo para elaboração dos vetores de crescimento, determinando o sentido preferencial de ocupação de novas áreas. g) Construção dos vetores de crescimento urbano Após determinar as manchas urbanas principais, classificando-as em diferentes momentos de expansão, utiliza-se a diferença entre essas manchas para a determinação dos vetores de crescimento urbano

36 36 h) Individualização de universos geotécnicos Consiste na elaboração de Modelos Digitais de Elevações e declividades, construção e análise de bancos de dados de sondagens SPT e em trabalhos de campo, utilizando tradagens de solo e localização dessas por GPS. i) Aumento de escala do mapa geotécnico Nessa etapa há a melhoria das informações espaciais utilizando-se mapas litológico, geológico, pedológico e geotécnico, banco de dados de sondagens SPT, mapa de ruas e mapa altimétrico de curvas de nível inseridos em ambiente SIG. j) Construção do mapa geotécnico da mancha urbana Utilizam-se diversos mapas para obter as unidades geotécnicas da área caracterizada como mancha urbana pelos mapas do Plano Nacional de Gerenciamento Costeiro, o qual não detalha a geotecnia das zonas costeiras de posse. k) Definição dos pontos de coleta de amostras De posse do mapa geotécnico, do modelo digital de elevações e dos dados de saídas em campo, determinam-se pontos de estudo através da identificação dos universos de solos da área de estudo. l) Ensaios de caracterização de solos Devem ser realizados ensaios de laboratório e de campo, os quais: granulometria, índices de Atterberg, massa específica real dos grãos, cisalhamento direto, compressão confinada, adensamento; colapsibilidade, compressão triaxial, compactação, CBR (California Bearing Ratio), DCP (Penetrômetro Dinâmico de Cone), MCT (Miniatura Compacta Tropical), critérios de erodibilidade MCT, Inderbitzen Modificado e SPT (Standart Penetration Test). m) Criação de um banco de dados geotécnicos em SIG Deve ser construído através da estruturação dos mapas, objetivando a integração das informações espaciais com os resultados dos ensaios geotécnicos de campo e laboratório. n) Construção do Mapa Geotécnico Final A partir do banco de dados geotécnicos deve ser construído um mapa geotécnico único, capaz de apresentar o comportamento geomecânico dos solos através de unidades denominadas zonas de solo. O mapa deve ser inserido em um SIG, o que possibilita a

37 37 realização de análises de proximidade e sobreposição (overlay), com os demais mapas temáticos. 2.3 BANCO DE DADOS GEOTÉCNICOS EM SIG Segundo Abitante (1997) os dados, ou informações, que não estiverem criteriosamente organizados e acessíveis são praticamente inúteis. Com base neste princípio, a presente metodologia permite a criação de um banco de dados espacial organizado em um Sistema de Informações Geográficas (SIG). A base de dados deve estar organizada de tal forma que não permita a redundância de dados, garanta o acesso rápido das informações, possibilite a sua atualização contínua e permita que o sistema possa ser utilizado por um grande número de usuários, atendendo às características atuais da terceira geração de SIG. Apesar de ser uma tecnologia recente no Brasil, o conceito de SIG vem sendo amplamente difundido e aplicado no meio científico e também em setores do mercado, sendo utilizado para diversos fins. Diversos autores procuram definir o SIG sucintamente, porém, segundo Silva (1999), a definição do SIG é um desafio, principalmente porque além de ser uma tecnologia relativamente recente, houve um crescimento teórico e tecnológico da teoria da comunicação nos últimos 30 anos. Portanto, visto que há uma grande variedade de definições, Júnior (2007) listou as principais, destacando-se as seguintes: a) Hanigan (1988): um sistema que contém dados espacialmente referenciados que podem ser analisados e convertidos em informações para uso em conjunto específico de finalidades. A característica principal de um SIG é analisar dados para gerar novas informações. b) Burrough (1989): uma visão de tool-box, como um conjunto de ferramentas para a coleta, armazenamento, recuperação, transformação, exibição e representação de dados geográficos do mundo real para um conjunto particular de propósitos. c) Esri (1992): "um conjunto organizado de hardware, software, dados geográficos e pessoal, destinados a eficientemente obter, armazenar, atualizar, manipular, analisar e exibir todas as formas de informação geograficamente referenciadas.

38 38 d) Barros Silva (1999): os SIGs necessitam usar o meio digital, portanto o uso intensivo da informática é imprescindível; deve existir uma base de dados integrada; estes dados precisam estar georreferenciados e com controle de erro; devem conter funções de análises destes dados que variem de álgebra cumulativa (operações tipo soma, subtração, multiplicação, divisão, etc.) até álgebra não cumulativa (operações lógicas). Segundo Câmara (1993) apud Higashi (2006), as principais funções de um SIG são: Integração de informações espaciais advindas de dados cartográficos, censitários e de cadastramento, imagens captadas por satélites ou elaboradas através de redes e modelos numéricos de terreno, numa única base de dados; Associar informações através de algoritmo de manipulação com a fim de gerar mapeamentos derivados; Consultar, recuperar, visualizar e permitir saídas gráficas para o conteúdo da base de dados geocodificados. De acordo com Júnior (2005), embora os processos e procedimentos de ordem cartográfica apresentem registros milenares, o surgimento do SIG foi registrado no século passado, com o advento da tecnologia computacional. O autor explica que, os primeiros registros foram identificados em 1962 com o trabalho de Tomlinson, que foi aceito como o primeiro SIG da era contemporânea em A partir deste trabalho, começaram a surgir novos SIGs na década de 60, como o de MCharg (1969), em seu trabalho Design with Nature. Na década de 80 aconteceu a incorporação definitiva dos SIGs nos diversos setores da sociedade, resultado dos produtos oriundos do processamento digital de imagens de satélite e principalmente, com a evolução tecnológica da informática. Hoje em dia, estes programas se apresentam de forma a serem utilizados por diversos campos da ciência (JÚNIOR, 2005). Segundo Higashi (2006), o potencial dos SIGs em gerar novas informações tomando como base um banco de dados geográficos é uma das características mais importantes desta tecnologia, pois estas informações são de suma importância em diversas aplicações (como o ordenamento territorial e estudos de impacto ambiental, por exemplo). O mapeamento geotécnico, ou cartografia geotécnica, é um método que permite uma análise prévia do terreno, resultando em redução de custo e melhor orientação em trabalhos de campo.

39 MOVIMENTOS DE MASSA As encostas estão em constante processo de alteração. Isso acontece porque estão sujeitas à ação de fenômenos naturais da dinâmica superficial da Terra, como a ação de chuvas, ventos e gravidade. A resultante desses movimentos são fenômenos como a erosão e o intemperismo em rochas. Em encostas inclinadas, a presença de erosão, retirada de cobertura vegetal e escavação humana, aliada com um grande volume de água advindo de chuvas ou lençóis freáticos e, ainda, o acontecimento de terremotos e tormentas podem dar origem ao fenômeno conhecido como movimentos de massa, responsáveis por alterações sensíveis no relevo de encostas. Os movimentos de massa, apesar de poderem ser intensificados pela ação humana, são característicos por serem originados primordialmente pela ação da força da gravidade, vertendo material, rochas e sedimentos, encosta abaixo. São eventos geomorfológicos deposicionais, portanto, transformam o relevo a partir do transporte e deposição de sedimentos de um local para outro. Os movimentos são classificados de acordo com sua velocidade, sua natureza e natureza dos materiais presentes. Esses atributos dependem de diversas variáveis, como a declividade e estabilidade da encosta, a presença de água e o tipo de material encontrado na encosta. Por exemplo, o ângulo de repouso máximo ângulo em que uma pilha de partículas inconsolidadas podem ficar paradas aumenta com o tamanho dos grãos, alterando a estabilidade da encosta. Da mesma forma, a quantidade de água presente no relevo altera suas características, já que a areia úmida com alta tensão superficial produz encostas mais coesas do que areias secas, enquanto areias completamente saturadas formam encostas com muito pouca coesão. São os movimentos de massa: rastejos, escorregamentos, movimentos de blocos rochosos e corridas. Os rastejos são movimentos com fluxo de materiais inconsolidados mais lentos, tendo velocidades médias de 1 a 10 mm/ano. São movimentos contínuos que e geram uma deformação plástica sem criação de uma superfície de ruptura, conforme o esquema na Figura 7.

40 40 Figura 7: Rastejo FONTE: A ocorrência desses movimentos é facilmente perceptível, uma vez que ele gera indícios que podem ser observados a olho nu. Como exemplos, podemos citar o embarrigamento de árvores (Figura 8), cercas quebradas, deslocamento e estufamento de muros de arrimo, fundações cisalhadas, inclinação em postes e fraturas de tensão em pavimento. Também é possível notar rochas curvas na proximidade da superfície. Figura 8: Exemplos de rastejo FONTE:

41 41 Outro movimento é o escorregamento. Esses são movimentos rápidos com fluxo de massas de solo ou rocha. São bem definidos quanto ao volume e há ocorrência de ruptura por cisalhamento, por geralmente estarem relacionados ao aumento de tensão ou à queda de resistência em curtos períodos. Podem deixar cicatrizes no relevo. Os escorregamentos são divididos em três tipos. Os translacionais ou planares tem origem em solos pouco espessos até o contato com a rocha subjacente, alterando quase exclusivamente o horizonte superior dos solos, ou ocorrem em presença a estruturas planares que formam superfícies de fraqueza préexistentes, como foliação, falhas, fraturas e xistosidade, ou seja, desfavoráveis à estabilidade. O sentido do movimento é paralelo a essa superfície de fraqueza, ou seja, a tensão tangencial da gravidade tem o mesmo sentido da inclinação do plano de fraqueza, fazendo com que o deslizamento ocorra, conforme mostra a Figura 9. Figura 9: Escorregamento planar FONTE: O solo dessa área é altamente permeável devido à existência de trincas de tração, de modo que é possível a entrada de água pluvial para o horizonte abaixo do solo superficial, de forma que o escorregamento ocorra por arraste e sobrepeso, não formando superfície de ruptura.

42 42 Figura 10: Exemplo de escorregamento planar FONTE: Outros tipos de escorregamento são os circulares ou rotacionais tem origem em solos mais espessos a geram superfícies de escorregamento curvilíneas, podendo desenvolver rupturas combinadas ou sucessivas, conforme esquema na Figura 11. Figura 11: Escorregamento circular FONTE:

43 43 O movimento de rotação ocorre seguindo um eixo imaginário. É comum o aparecimento de degraus de abatimento. Alguns dos fatores mais comuns que dão origem ao movimento são cheias, precipitações elevadas e sismos. Figura 12: Exemplo de escorregamento circular FONTE: Os escorregamentos em cunha têm origem no encontro de duas estruturas planares, mais especificadamente entre o solo Saprolítico e maciços rochosos, o que permite o deslocamento de um prisma ao longo do plano do eixo de intersecção. A direção do movimento é de acordo com a linha de intersecção dos planos de ruptura, sendo o escorregamento condicionado por duas superfícies de ruptura.

44 44 Figura 13: Escorregamento em cunha FONTE: Figura 14: Exemplo de escorregamento em cunha FONTE: Existe um terceiro tipo de movimento de massa, os movimentos de bloco rochosos. Eles nada mais são que quedas, tombamentos ou rolamentos de blocos. Os movimentos de blocos podem ser induzidos pela ação antrópica. Visto que ocorrem em locais onde existe

45 45 algum plano de fraqueza estrutural, a atividade humana pode favorecer a ocorrência destas estruturas através de escavações em base de vertentes ou alteração de pendor. Outro fator que pode desencadear o movimento são alívios de tensão e a amplitude térmica, que fratura aos poucos o maciço rochoso, fenômeno conhecido com termoclastia. A queda de blocos é um movimento muito rápido de queda livre, geralmente com ocorrência em encostas verticais, que ocorre devido a fraturas nos maciços rochosos. As descontinuidades existentes no interior do maciço fazem com que os blocos de rocha se tornem instáveis e caiam sem contanto com a superfície da encosta ou talude, conforme esquema na Figura 15. Alguns locais comuns de ocorrência são pedreiras de Diabásio, basalto e granito e regiões serranas, onde existem encostas abruptas. Figura 15: Queda de blocos FONTE:

46 46 Figura 16: Exemplo de queda de blocos FONTE: Os tombamentos de blocos também têm origem nas descontinuidades no interior do maciço. Nesse caso existe movimento de rotação dos blocos, que se desprendem do maciço na superfície das continuidades e seguem uma trajetória de rotação em torno de seu próprio eixo, como mostra a Figura 16. Para a existência desse movimento, é preciso da haver estruturas geológicas subverticais no interior da encosta. Uma forma de ocorrência dessa movimentação é devido à percolação de água no maciço rochoso. Dessa forma, as fraturas se abrem e, como resultado, enfraquecem a estrutura, fazendo com que o bloco se desprenda e tombe.

47 47 Figura 17: Tombamento FONTE: Figura 18: Exemplo de tombamento FONTE: Os rolamentos de blocos são movimentos que consistem na queda de blocos rochosos ao longo da encosta. Os blocos rolam, pois estão enterrados em solo Saprolítico e são, então, descalçados de seu apoio. Os blocos se encontram em tal posição devido ao intemperismo e erosão em rochas ígneas e metamórficas, de forma que são envolvidos em uma matriz de solo Saprolítico ou alterado. Soluções normalmente utilizadas para evitar maiores desastres

48 48 devido ao rolamento de blocos são o desmonte total ou parcial do bloco e a execução de obras de contenção, por exemplo, escorando os blocos com colunas de concreto. Figura 19: Rolamento de blocos FONTE: As corridas são movimentos de massa de grande dimensão, alta velocidade de escoamento e plasticidade e capazes de percorrer longas distâncias. As corridas podem ser classificadas de acordo com o material que as compõe, que pode ter origem, por exemplo, na confluência de escorregamentos translacionais. São as corridas: De lama: quando a corrida apresenta como material predominante água;

49 49 Figura 20: Corrida de lama FONTE: Figura 21: Exemplo de corrida de lama FONTE:

50 50 De terra: quando a corrida apresenta como material predominante solo; De detritos: quando a corrida apresenta como material predominante fragmento de rochas de vários tamanhos. As corridas podem ser originadas de duas formas principais. Quando são formadas a partir da desagregação de material de escorregamentos, diz-se que tem origem primária. A origem secundária é definida quando são criadas em drenagens, devido ao acúmulo de detritos e barramentos naturais. É comum que as corridas tenham grande poder destrutivo devido à alta velocidade que adquirem durante seu movimento descendente ao longo de talvegues de vales. Além disso, muita energia é adquirida durante o rompimento de barramentos criados por material de escorregamentos. Figura 22: Corrida de detritos FONTE: Finalmente, temos os fluxos de terra, detritos, granulares e aquosos. Os fluxos de terra são movimentos de massa com presença de grãos finos, como solos, folhetos alterados e argilas. Eles normalmente ocorrem em locais onde existe solo permeável à água e rocha matriz impermeável, formando, dessa forma, um movimento fluido.

51 51 Figura 23: Fluxo de terra FONTE: Os fluxos de detritos também são movimentos fluidos, porém apresentam fragmentos de rocha de tamanhos bem variados envolvidos em uma matriz de lama, permitindo que alcancem velocidades de até 100km/h. Figura 24: Fluxo de detritos FONTE:

52 52 Os fluxos granulares não estão saturados em água e podem ocorrer sem a presença dela. A presença de ar que dá a característica fluida ao movimento. Os fluxos aquosos apresentam solo saturado em água a tendem a apresentar comportamentos torrenciais. Quando há mais de 40% de água, o fluxo é turbulento e pode se deslocar por quilômetros de distância. Outros movimentos de massa são: Deslizamento de rocha: onde blocos de rocha solta formando uma unidade única deslizam em alta velocidade; Deslizamento de detritos: rocha e solo se movem como uma única unidade ao longo de planos de fraqueza; Avalanche Rochosa: movimento que pode variar de 10 a 100 km/h e pode ser originado por um terremoto. O material é uma grande massa de rocha fragmentada e desce por força de uma almofada de ar; Avalanche de detritos: colapso completo de uma encosta íngreme com movimento de solos e rochas que podem chegar até a ordem de 300 km/h e ter origem envolvendo erupções vulcânicas. Quanto maior a avalanche, maior a energia acumulada e maior a velocidade. Desplacamento de blocos: desprendimento de fragmentos ou placas de rochas, ao longo da superfície de estruturas geológicas (xistosidade, acamamento, fraturamento), devido principalmente às variações térmicas ou a alívios de tensão (Infanti Jr. E Fornasari Filho, 1998). Tem relação com descontinuidades inclinadas. 2.5 PARÂMETROS DE RESISTÊNCIA DOS SOLOS Aqui se apresentará a revisão bibliográfica dos ensaios utilizados no presente trabalho para obtenção dos parâmetros de resistência dos solos CISALHAMENTO DIRETO O ensaio de cisalhamento direto é regido pela norma norte americana ASTM D3080, sendo essa ao qual o presente trabalho se baseou para a execução do método. Devido ao conhecimento amplo e bem disseminado no mundo, não se viu necessário a produção de uma revisão bibliográfica para esse tópico. Por conta disso, focou-se na apresentação do ensaio de cisalhamento de campo.

53 ENSAIO BOREHOLE SHEAR TEST O uso do equipamento Borehole Shear Test para a análise in situ de parâmetros de resistência, mesmo não tão conhecido, vem sendo descoberto por vários pesquisadores e empresas devido à sua facilidade de utilização, rapidez de execução e baixa variabilidade dos resultados (Lutenegger e Timuan 1987). Por exemplo, o equipamento já foi usado em ambiente marinho raso como parte da investigação da fundação de uma ponte (HANDY et al. 1985) e se provou muito útil na investigação de deslizamentos em estabilidade de encostas (Handy 1986). Ainda existem aspectos sendo debatidos, principalmente quando se tratando dos efeitos de perturbação do furo, condições de drenagem, variação de esforço cortante, e assim por diante (Lutenegger e Timuan 1987). Contudo, a execução do método tradicional e de suas modificações e implementação são alvo de estudos de diversos pesquisadores (Lutenegger e Hallberg 1981, HANDY et al. 1985, Handy 1986, Lutenegger e Timuan 1987, Ballouz e Khoury sem ano, Khoury e Miller 2006). O equipamento e a execução são descritos em diversos estudos a ponto da American Society for Testing and Materials (ASTM) implementar a sugestão da execução do método BST, descrito pela ASTM D18.02 e em proposta de se tornar padrão como ASTM WK33915, (ASTM 2014). O equipamento é composto pelas peças mostradas a seguir: a) Sonda cisalhante: sonda expansível que consiste de um cilindro de fluido de dupla ação, placas de cisalhamento diametralmente opostas, o tamanho e geometria das placas de corte usadas no teste são determinadas pelo tipo de solo a ser testado. b) Base de reação Ela é colocada na superfície do solo em cima do furo e transfere a força de cisalhamento para a sonda através de hastes. A base consiste de um sistema de medição de força hidráulica fechado com uma pressão que pode variar na faixa de sensibilidade como requerido. A base também tem um mecanismo de engrenagem com manivela para puxar as hastes a sonda. c) Bomba de Pressão: é um manômetro de incremento manual de pressão conectado à sonda cisalhante, que pode transmitir a tensão normal necessária. Segundo a ASTM o BST é realizado utilizando uma sonda cisalhante expansível em um furo pré-executado, então se expande a sonda contra a parede para que ela comprima o solo.

54 54 Deve-se causar a ruptura por cisalhamento do solo arrancando a sonda como esquematizado na figura 25 a seguir. Figura 25: Esquema do funcionamento do BST FONTE: Ballouz e Khoury (Sem ano) A execução do ensaio no seu modelo convencional se dá seguindo os passos citados pelos autores Ballouz e Khoury (Sem ano) e Lutenegger e Hallberg 1981: a) perfurar o solo a uma profundidade desejada no ensaio; b) colocar a sonda de cisalhamento e aplicar a tensão normal desejada; c) Esperar um tempo de consolidação de 5 a 10 minutos; d) Aplicar uma tensão de cisalhamento, com base no arrancamento causado pelo giro da manivela e ler o resultado no dinamômetro; e) quando ocorrer a falha, gravar tanto o τ quanto σn, e repetir o ensaio pelo menos 2 vezes. Na realidade, pode-se obter 2 tensões de cisalhamento na ruptura, uma definida como a máxima tensão de ruptura e outra como sendo a tensão residual para grandes deformações (Ballouz e Khoury, sem ano), contudo usa-se o valor de tensão máxima. Quando se usa o BST com os pratos da sonda modificados o cisalhamento ocorre diretamente na face em contado com a sonda, ou muito próximo dela, e superfície de cisalhamento é então destruída. Com isso deve-se retirar a sonda cisalhante e limpar os

55 55 dentes dos pratos antes que se continue execução das próximas aplicações de tensão normal (Lutenegger e Hallberg 1981). Essa técnica e a tradicional foram resultado de outra pesquisa (Lutenegger e Timuan 1987) onde mostra que ambos os tipos de ensaios, tanto o que se mantém a sonda e se incrementa a porção de tensão normal, sem que se mude de lugar, quanto o que se retira a sonda após a aplicação da tensão cisalhante e ensaia-se em uma nova superfície, testados possuem uma variação muito baixa. Os resultados obtidos a uma mesma profundidade divergem muito pouco nos valores de ângulo de atrito e de coesão nas argilas testadas. Na mesma pesquisa levaram-se em consideração os erros que podem afetar a precisão dos resultados obtidos em um teste in situ, como o BST: a) Variabilidade do solo natural ensaios em solos não uniformes geram, automaticamente, resultados variáveis; b) Variabilidade do equipamento a utilização de equipamento ou procedimentos fora do padrão deve se desencorajado. Erros de resultado por falta calibração vêm de uso excessivo do equipamento; c) Variabilidade do operador Ensaios que requerem uma extensa experiência do operador ou que são simplesmente muito complexos de serem feitos devem ser evitados em trabalhos rotineiros; d) Variabilidade da interpretação dos dados Ensaios que requerem difíceis interpretações dos resultados para se obter o valor final podem causar erros. Segundo Lutenegger e Timuan (1987) deve-se preocupar com a variabilidade do operador e do solo a ser estudado, uma vez que os demais pontos podem ser minimizados com a utilização de calibrações e manutenções regulares e que, sendo o BST um ensaio simples e direto, dificilmente haverá problemas quanto à interpretação dos dados. Assim os autores escolheram 2 operadores, A e B, para executar o ensaio e ver se a variação da experiência do operador é um problema recorrente na utilização do equipamento. O operador A possuía vários anos de experiência e utilização do BST enquanto que o operador B não era familiarizado com o equipamento e foi apenas lhe dado uma breve instrução.

56 56 Os operadores foram escolhidos aleatoriamente para executar o ensaio e os resultados estão presentes na tabela 5. A partir dos dados da tabela observa-se que a média dos valores (X) é bastante aproximada e com o desvio padrão também bem parecido. Resultado disso é que a variabilidade devido a não experiência do operador pode ser descartada. A B A B Tabela 5: Resultados para operadores diferentes Operador Ângulo de atrito ϕ Coesão C Profundidade h=1,5m Faixa de valores de 19,9 a 34,3 de 0,8 kpa a 29,7 kpa Média X 25,4 18,7 kpa Desvio Padrão 3,2 6,4 Faixa de valores de 21,4 a 29,8 de 1,4 kpa a 31,8 kpa Média X 25,4 19,3 kpa Desvio Padrão 2,3 6,4 Profundidade h=3,0m Faixa de valores de 20,8 a 26,6 de 1,1 kpa a 10,4 kpa Média X 23,9 5,4 kpa Desvio Padrão 1,2 2,5 Faixa de valores de 20,2 a 26,5 de 0,0 kpa a 13,1 kpa Média X 24,1 6,1 kpa Desvio Padrão 1,8 3,3 FONTE: Adaptado de Lutenegger e Timian (1987) Estudos com base na inundação do furo foram criados para se assemelhar a um ensaio inundado como em um ensaio de cisalhamento direto. A mecânica dos solos tradicional prioriza o estudo em solos saturados e solos secos. Contudo, muitas outras dificuldades são encontradas quando se envolvem o estudo de solos não saturados, que é significativamente diferente do estudo clássico de solos saturados. Com base nisso, deve-se entender um pouco mais sobre a influência da sucção do solo nos parâmetros de resistência de

57 57 cisalhamento (Khoury e Miller 2006). Esses parâmetros podem ser formulados em termos de 2 variações de estado de tensão, a tensão normal efetiva e a matriz de sucção. A tensão normal efetiva (σ n ) é a diferença entre a tensão normal total e a poropressão do ar (u a ) e a matriz de sucção é a diferença da poropressão do ar e da poropressão da água (u w ). De acordo com Khoury e Miller (2006) apud Fredlund e Rahardjo (1993) a tensão de cisalhamento pode ser descrito como: Onde: C = coesão; Φ = ângulo de atrito interno associado à variável de tensão normal; Φ b = ângulo de atrito interno associado à matriz de sucção. Segundo os autores Khoury e Miller (2006) o BST quando ensaiados em solos não saturados, o ângulo de atrito da envoltória de ruptura possivelmente será similar ao Φ, quando a matriz de sucção não variar durante o ensaio. A sucção no estudo dos autores foi obtida através da técnica do papel filtro, desenvolvida e estudada por diversos pesquisadores ( Chandler and Gutierrez 1986, Houston et al. 1994, swarbrick 1995, likosandlu 2002). Quanto à execução do ensaio inundado descrita pelos autores Khoury e Miller (2006), pouco se difere da execução convencional, alterando-se apenas que para ensaios inundados, os pratos de cisalhamento são rotacionados90 da orientação usada anteriormente antes de inundar, e para que o furo se mantenha inundado a água é constantemente adicionada até a submersão da profundidade ensaiada e dos pratos de cisalhamento. Quando o furo é inundado com água, ocorre a tendência do solo não saturado da margem se tornar aproximadamente saturado (S r 100%) (figura 26), eliminando com isso a parcela de sucção presente no solo. O estudo não chegou a conclusões quanto a extensão do molhamento. Os resultados obtidos no estudo dos autores fornecem que, apesar das coesões obtidas serem pequenas, o ângulo de atrito variou de 30 a 43 para o BST e de 12 a 26 para o BST inundado (Figura 27) Esses resultados são mostrados na tabela 6, separados pelas duas

58 58 áreas de ensaio. O ângulo de atrito determinado pelo BST inundado foi muito abaixo dos determinados pelo BST convencional, como esperado, aparentemente devido à redução da sucção uma vez que o furo foi inundado. A coesão encontrada pelo ensaio BST inundado foi geralmente um pouco menor que a encontrada pelo ensaio BST, em média, os valores obtidos nos ensaio variaram de 5,9 a 1,6 kpa em uma área de estudo e de 7,0 a 1,3 kpa na outra, para o BST e BST inundado respectivamente (Khoury e Miller, 2006). Figura 26: Esquema do BST Inundado FONTE: Khoury e Miller (2006)

59 59 Figura 27: Resultados típicos dos ensaios BST FONTE: Khoury e Miller (2006) Área de Estudo I-36 Aeroporto Tabela 6: Resultados dos Pontos Ângulo de atrito ϕ Profundidade Coesão C (kpa) r² ( ) (m) BST BST I BST BST I BST BST I 0,76 43,2 17,9 0,0 1,9 0,993 0,999 1,07 43,4 20,7 0,0 0,3 0,930 0,953 1,37 32,0 16,3 4,9 0,0 0,982 0,989 1,68 28,6 20,8 8,6 2,0 0,997 0,997 1,98 16,7 13,9 16,0 3,6 0,989 1,000 0,76 37,0 15,5 10,6 4,2 1,000 0,999 1,07 36,2 13,9 3,9 0,0 0,998 0,990 1,37 35,1 12,3 5,7 2,4 0,998 0,997 1,68 31,2 17,6 7,8 0,0 0,999 0,997 1,98 29,8 17,2 7,1 0,0 0,986 0,982 FONTE: Adaptado de Khoury e Miller (2006)

60 60 Além dos ensaios inundado e seco do BST encontra-se estudos feitos das comparações dos resultados dos ensaios de Cisalhamento Direto e do BST a fim de ajudar os projetos de engenharia a ter mais de uma opção, ou menos uma forma mais rápida de se chegar ao resultado, possibilitando um adiantamento da execução. Os estudos feitos por Ballouz e Khoury (Sem ano) foram conduzidos em diversos solos, variando de areia a argila e as análises foram feitas utilizando os parâmetros c e ϕ, que são os mesmos parâmetros que os ensaios de Cisalhamento Direto e SPT são capazes de determinar. Os dados de campo do BST foram comparados com amostras coletadas em tubos Shelby, e em amostras de SPT, todos para a mesma profundidade e no mesmo furo, presentes na tabela 7. Tabela 7: Comparação dos resultados entre BST e Cisalhamento Direto FONTE: Ballouz e Khoury (Sem ano) Baseados nos resultados da tabela 8, Ballouz e Khoury (Sem ano) estabeleceram graficamente um fator de correlação conforme mostrado nas figuras 28 e 29. Este fator é mostrado a seguir e foi encontrado pela equação da linha de tendência dada.

61 61 Onde: F c = Fator de correlação dos parâmetros de coesão F f = Fator de correlação dos parâmetros de ângulo de atrito (ISST) = Ensaios de cisalhamento em campo (DS) = Ensaio de Cisalhamento direto (SPT) = Ensaio Padrão de Penetração - utilizando a correlação de Ballouz e Khoury (Sem ano) apud Kulhawy e Mayne (1990) Tabela 8: Fator de correlação FONTE: Ballouz e Khoury (Sem ano)

62 62 Figura 28: Fator de correlação dos parâmetros de coesão FONTE: Ballouz e Khoury (Sem ano) Figura 29: Fator de correlação dos parâmetros de ângulo de atrito FONTE: Ballouz e Khoury (Sem ano)

63 63 Segundo os autores Ballouz e Khoury (Sem ano), os dados de ângulo de atrito do solo possuem ampla disseminação, por conta disso, os autores acreditam que seriam necessários mais testes e comparações para que se possa estabelecer uma relação mais confiável. O presente trabalho aproveita as pesquisas e estudos dos autores mencionados para se basear na melhor execução do equipamento e, com isso, buscar os melhores resultados, tanto em comparação dos resultados do BST com os de Cisalhamento Direto quanto na forma mais adequada de execução dos métodos descritos nessa seção, como por exemplo, o BST inundado.

64 64 3 CARACTERIZAÇÃO DA ÁREA DE ESTUDOS Neste capitulo serão abordados os principais tópicos acerca da caracterização da área de estudos. Foram selecionados cinco temas, tendo em vista a importância de cada um. São eles: definição da Área, Clima e Vegetação, Geomorfologia e Relevo e Geologia. Assim, puderam-se definir os pontos de coleta de amostra e elaborar um cronograma para a pesquisa. 3.1 DEFINIÇÃO DA ÁREA Figura 30: Localização da Bacia do Itacorubi FONTE: Santos (2011) Uma bacia hidrográfica é definida como uma área de captação natural da água de precipitação que faz convergir o escoamento para um único ponto de saída. Compõe-se de um conjunto de superfícies vertentes e de uma rede de drenagem formada por cursos de água que confluem até resultar em um leito único no seu exutório (Tucci, 1997). A formação

65 65 de uma bacia ocorre devido ao perfil geográfico e topográfico de uma região, através das diferenças de níveis existentes no terreno, que definem a orientação do curso d água. As bacias hidrográficas são divididas de acordo com suas áreas, recebendo a denominação de microbacias quando a área é inferior a 200km², de sub-bacias quando a área está entre 200 e 3000 km² e de bacias quando a área é superior a 3000km², (Rocha, 1991). Tendo conhecimento desses conceitos, podemos iniciar a caracterização da Microbacia Hidrográfica do Rio Itacorubi. A Microbacia do Rio Itacorubi é o principal curso d água da bacia do Itacorubi, localiza-se na região centro-oeste do município de Florianópolis, capital do estado de Santa Catarina, conforme exposto na Figura 30. Sua área de 23 km² está definida entre as latitudes 27º34'35''S e 27º37'27''S e longitudes 48º28'25''W e 48º33'00''W, abrangendo os bairros Jardim Santa Mônica, Trindade, Itacorubi, Córrego Grande e Parque São Jorge. A região abriga mais de moradores distribuídos entre os cinco bairros, entretanto, durante o dia, a população flutuante pode chegar a mais de pessoas. A presença de muitos polos geradores de tráfego contribui com a intensificação do crescimento urbano, dentre eles, instituições públicas, como a Universidade Federal de Santa Catarina, a Universidade do Estado de Santa Catarina e a Secretaria Municipal de Saúde, assim como empresas privadas, Eletrosul e a CELESC, e associações como a Federação de Indústrias de Santa Catarina (FIESC) e o Conselho Regional de Engenharia e Agronomia de Santa Catarina (CREA-SC). A Bacia possui, como afluentes, os rios do Sertão e Três Córregos, além de alguns canais de drenagem menores. Apresenta como divisores de água o Maciço Central - a oeste - e as cadeias do Morro da Lagoa, Morro do Quilombo, Morro do Pantanal e Córrego Grande - a leste. Esta bacia tem como principais características as declividades acentuadas nas cabeceiras e as baixas declividades a jusante, principalmente na região do manguezal do Itacorubi. Seus rios deságuam na Baía Norte, através do mangue do Itacorubi (SANTOS, 2001).

66 CLIMA E VEGETAÇÃO Segundo modelos de classificações genéricas, como o de Köppen, que se baseiam em elementos climáticos, como temperaturas médias anuais e totais pluviométricas, além da vegetação, a bacia do Itacorubi está na zona subtropical, a qual apresenta clima mesotérmico úmido com chuvas uniformes e bem distribuídas durante o ano. Apesar de a região ser caracterizada por maiores índices pluviométricos no verão, não existe estação seca e a precipitação é de aproximadamente 1500mm/ano. A umidade do ar é alta, em torno de 82%, e a temperatura média é de aproximadamente 20ºC, variando de 16ºC a 24ºC, com verão e inverno bem definidos. Predominam a Massa Tropical Atlântica, no verão e primavera, oriundos do quadrante norte, e a Massa Polar Atlântica, no outono e inverno, oriundos do quadrante sul. Vale ressaltar que a temperatura depende da maritmidade, que influi no contraste térmico. A vegetação original da região é do tipo ombrófila densa junto a zonas mais elevadas, embora a maior parte da cobertura vegetal seja atualmente coberta por vegetação secundária, totalizando uma área de 15km². Na região nordeste da bacia, encontram-se 150m² de floresta ombrófila densa, na parte mais elevada, e na planície sedimentar, possui cerca de 1,42 km² de espécies típicas de mangue. Essa vegetação é o principal fator de redução da velocidade da água que desce nos morros após a precipitação, pois funciona como barreira natural. Apesar disso, ao longo do desenvolvimento urbano, a área sofreu grandes desmatamentos e deságue de esgotos sem tratamento. 3.3 GEOMORFOLOGIA E RELEVO A Bacia originalmente fazia parte de um arquipélago de rochas cristalinas, atualmente representadas pelos morros, e atuava como uma ilha isolada, paleoenseada. Acredita-se que durante o período Terciário e períodos alternados do Quaternário, esse grupo de ilhas foi se ligando por formações constituídas de sedimentos marinhos, lacustres, eólicos e fluviais, desenvolvendo as restingas, e à medida que se expandiam, aumentava-se a extensão das praias. Os terrenos cristalinos, que constituem os embasamentos rochosos, correspondem a Unidade Geomorfológica Serras Litorâneas, que é constituída por granitos do Complexo Granítico Pedras Grandes, riolitos e intrusões em forma de diques de Diabásio. Este

67 67 embasamento serve de apoio às áreas sedimentares que contornam a atual Bacia do Rio Itacorubi, e fazem parte da Unidade Geomorfológica Planícies Costeiras. Figura 31: Mapa Geotécnico da Bacia Hidrográfica do Rio Itacorubi, Florianópolis (SC) FONTE: Santos (1997) As unidades geotécnicas que ocorrem na Bacia Hidrográfica do Rio Itacorubi estão representadas na figura 31, conforme resultados obtidos no mapeamento, através da amostragem de campo, ensaios laboratoriais e descrição dos perfis de sondagens, analisados e executados por Santos (1997), levando em consideração a geologia, a pedologia e a geomorfologia. 3.4 GEOLOGIA A Bacia hidrográfica do rio Itacorubi possui duas unidades geomorfológicas: o complexo cristalino do Proterozóico superior ao Eo-Paleozóico, cujo sistema é representado principalmente por granitos e granodioritos, e por planícies de depósitos sedimentares do Quaternário, que são constituídas por sedimentos arglo-silto-arenosos, típicos de mangues,

68 68 areno-silto-argilosos de baías e lagunas e colúvio-alúvio-eluvionares, indiferenciados (Caruso Jr, 1993, apud Dutra, 1998). A estrutura cristalina é formada por rochas graníticas e subvulcânicas ácidas (riolitos e microgranitos), onde podem ser cortados por intrusões de Diabásio (COITINHO e FREIRE, 1991). As rochas Cristalinas (ígneas) constituem morros, que servem como anteparo para o acúmulo de sedimentos, formando um conjunto de elevações grosseiramente alinhado na direção NE, SANTO (1997). Cada unidade geológica possui formação diferenciada, tendo passado por processos de formação individualizados, gerando solos com comportamentos geotécnicos distintos. Os depósitos de manguezais são relacionados ao período Pleistoceno e/ou Holoceno, ainda que a ingressão de águas do mar, com posterior regressão, proporcionou a formação do Manguezal do Itacorubi, SANTOS (1997). Figura 32: Mapa Geológico da Bacia Hidrográfica do Rio Itacorubi, Florianópolis (SC) FONTE: Lima Junior (1997)

69 PEDOLOGIA Em geologia, solo é o manto de intemperismo que recobre as rochas, de espessura variável, principalmente quando formado de material solto, incoerente, que via de regra passa gradativamente para a rocha fresca, inalterada (GEORIO, 2000). Segundo Higashi (2002), através dessa base conceitual, os solos podem ser classificados resumidamente em: Solos residuais ou autóctones: derivados diretamente da rocha matriz pelo intemperismo; Solos transportados: aqueles sobrejacentes a solos residuais mais antigos, decapitados por processos erosivos, muitas vezes de natureza coluvionar, que recobrem os solos residuais autóctones; Colúvios: massas de solo e fragmentos de rochas em vários estágios de decomposição, recobrindo algumas encostas de espessura variável, que sofreram ou estão sofrendo movimentação lenta, para baixo por ação da gravidade; Tálus: depósito de grande heterogeneidade, encontrado principalmente no sopé das escarpas, originado por efeito da gravidade sobre fragmentos soltos de rochas e material inconsolidado. Segundo Santos (1997), na pedologia o perfil de intemperismo é constituído por uma sucessão de camadas denominadas horizontes. Esses horizontes são diferenciados, em geral, pela cor, textura, estrutura, consistência e presença de material orgânico. Os principais horizontes são representados pelas letras A, B, C e R. Os horizontes A e B representam o solo superficial com maior grau de evolução pedogenética. O material de origem alterado pelos processos de intemperismo é denominado horizonte C. A rocha sã corresponde ao horizonte R. Nos perfis geotécnicos, é necessário introduzir o horizonte RA que corresponde a rocha alterada. A pedologia classifica os solos em função dos diferentes graus de desenvolvimento do horizonte B. Assim os solos com horizonte B mais desenvolvido não apresentam mais a estrutura e os minerais primários da rocha de origem e são conhecidos, dentro da mecânica dos solos, como solos residuais maduros.

70 70 O horizonte B incipiente é de pequena espessura (<50cm) e apresenta certo grau de desenvolvimento com alterações físicas e químicas suficientes para a formação de cor e estrutura, porém insuficientes para decompor totalmente os minerais primários não intemperizáveis. Os solos pouco desenvolvidos apresentam pouco ou nenhum desenvolvimento pedogenético. Em geral não apresentam horizonte B ou este é de muita pequena espessura. O horizonte B espódico apresenta constituição mineral, acumulação iluvial de matéria orgânica e compostos amorfos de alumínio, com ou sem compostos de ferro, é típico dos Podzóis. Os solos Litólicos caracterizam-se por apresentar o horizonte A diretamente sobre a rocha ou sobre a rocha parcialmente alterada. O horizonte superficial tem espessuras inferiores a 40cm. As areias quartzosas apresentam perfis profundos formados por sedimentos arenoquartzosos não consolidados, são excessivamente drenados, com teor de argila inferior a 15%. Os solos hidromórficos são formados com o lençol d água na superfície ou próximo desta, com más condições de drenagem, em áreas úmidas, planícies, pântanos, depressões ou várzeas. Apresentam uma camada escura de matéria orgânica sobre uma camada gleizada (cinzenta) que caracteriza a redução do ferro. Os solos hidromórficos são classificados de acordo com a quantidade de matéria orgânica em pouco húmico, húmico e orgânico. As características do horizonte A são importantes em engenharia, pois se reservado e utilizado sobre o horizonte estéril resultante da exploração de jazidas, permite uma recuperação muito rápida da paisagem. O horizonte C é chamado, em engenharia, de solo Saprolítico ou horizonte residual, e guarda feições da rocha de origem. Seu comportamento é regido pela mineralogia, textura e estrutura da rocha de origem. Tanto o horizonte B como o C podem apresentar diferentes graus de alteração. Os dados referentes aos horizontes C e RA são muito importantes para um entendimento do processo evolutivo e consequentes características mecânicas dos solos formados pelo intemperismo, predominantemente químico, das rochas da região.

71 71 Figura 33: Mapa Pedológico da Ilha de Santa Catarina FONTE (editado de IPUF, 2000) As principais unidades pedológicas e suas características gerais são citadas conforme EMBRAPA (2004). a) AM (Areias Marinhas) Compreendem solos minerais, não hidromórficos, profundos ou muito profundos, originados de sedimentos arenosos não consolidados do Quaternário. Em muitos casos não se verifica desenvolvimento de horizontes, salvo um horizonte A pouco expresso com cerca de 15 a 20cm de espessura, bruno-acinzentado escuro ou claro. O horizonte C é de coloração mais clara (bruno, bruno forte ou bruno-amarelado).

72 72 b) AQ (Areias Quartzosas) Essa classe compreende solos minerais, casualmente orgânicos na superfície, hidromórficos ou não, geralmente profundos, essencialmente quartzosos. Nesses solos os perfis são de extrema simplicidade, limitando-se a diferenciação à expressão de um horizonte A formado em materiais sumamente arenosos, de constituição virtualmente quartzosa. Por vezes mostram aparência rudimentar do que pode ter sido um quase horizonte B incipiente (OLIVEIRA, 1992). A figura 34 exemplifica esse tipo de solo. Figura 34: Areia Quartzosa formada em cobertura psamítica FONTE: Oliveira (1992) c) Ca (Cambissolo Álico) Compreende solos minerais, não hidromórficos, com horizonte B incipiente bastante heterogêneo, tanto no que se refere à cor, espessura e textura, quanto no que diz respeito à atividade química da fração argila e saturação por bases. Este horizonte situa-se imediatamente abaixo de qualquer tipo de horizonte A, exceto o fraco, ou sob horizonte H turfoso, possuindo sequência A, Bi, C ou H, Bi, C. São derivados de materiais relacionados a rochas de composição e natureza bastante variáveis. Estes solos foram definidos em função da seguinte combinação de características: alta saturação por alumínio trocável, argila de atividade baixa (Tb), horizonte A do tipo moderado e textura argilosa. A figura 35 representa um perfil de solo com essas características.

73 73 Figura 35: Perfil de Cambissolo álico moderado FONTE: EMBRAPA, 2004 d) DN (Dunas) São materiais de constituição exclusivamente quartzosa que se originam quase que exclusivamente de deposições eólicas de material areno-quartzoso. Seus perfis são profundos, extremamente homogêneos e sem estrutura de origem pedológica. Sob as espessas camadas de areia podem ocorrer sedimentos argilosos marinhos (SANTOS, 1997). e) Ge (Gleissolo Eutrófico) Compreende solos minerais, hidromórficos, pouco desenvolvidos, com horizonte superficial do tipo húmico, proeminente ou turfoso. Os solos desta classe são caracterizados pela forte gleização, são em geral pouco profundos, mal ou muito mal drenados e com permeabilidade muito baixa. O horizonte superficial, quando de natureza mineral, é espesso ( 25cm), com médios a altos teores de matéria orgânica ( 2,50%), de cor escura, textura argilosa ou média, estrutura granular fraca a moderadamente desenvolvida e consistência macia a ligeiramente dura, friável, ligeiramente plástica e ligeiramente pegajosa a pegajosa.

74 74 Figura 36: Glei Húmico formado em sedimentos aluvionais argilo-arenosos FONTE: Oliveira (1992) f) HO (Solos Orgânicos) Compreendem solos hidromórficos que apresentam consideráveis teores de compostos orgânicos, em grau variável de decomposição, formando camadas de coloração escura devido aos elevados teores de carbono orgânico, possuem textura e composição variável, e praticamente não há desenvolvimento pedogenético. Estes solos são desenvolvidos sob condições de permanente encharcamento, com lençol freático próximo à superfície durante grande parte do ano, ocorrem em superfícies planas, ocupando as posições de cotas mais baixas, em áreas originalmente abaciadas, que constituem pequenas depressões sedimentares próximas aos cursos d água, tornando-se o relevo um dos fatores mais importantes na formação destes solos. g) HOa (Solos Orgânicos Álicos) Esta variedade de Solo Orgânico foi discriminada por apresentar alta saturação por alumínio trocável. Possui pequena expressão geográfica. A figura 37 representa um solo orgânico.

75 75 Figura 37: Perfil de Solo Orgânico originado em ambiente palustre FONTE: Oliveira (1992) h) HPa (Podzol Hidromórfico Álico) A conceituação desse solo compreende minerais hidromórficos, com horizonte B espódico precedido de horizonte E álbico ou, raramente, em sequência ao A. São solos em geral profundos, que possuem sequência de horizonte A-E-Bh-C, podendo ou não apresentar horizonte Bs ou BHs entre o Bh e o C. No horizonte E, a espessura pode chegar a 3 metros. São caracterizados normalmente como arenosos, sendo raros os casos de textura argilosa (OLIVEIRA, 1992). i) PVa (Podzólico Vermelho-Amarelo Álico) Compreende solos minerais, não hidromórficos, com horizonte B textural, em geral vermelho-amarelado ou bruno-avermelhado, sob horizonte A moderado, ou proeminente. Abrange desde solos com mais de 2 metros de profundidade até perfis com pouco mais de 50 centímetros, e são desde moderadamente até acentuadamente drenados. As possibilidades de combinações, considerando-se as características morfológicas e as analíticas, são grandes, permitindo ampla diversificação de modalidades de solos pertencentes a essa classe (OLIVEIRA, 1992). A figura 38 representa um exemplo de tal solo.

76 76 Figura 38: Solo Podzólico Vermelho-Amarelo Álico originado por sedimentos FONTE: Oliveira (1992) j) SM (Solos Indiscriminados de Mangue) Compreendem solos minerais, predominantemente halomórficos, alagados, de profundidade limitada pela altura do lençol freático, geralmente sem diferenciação de horizontes, exceto nas áreas periféricas, onde se verifica o desenvolvimento de um horizonte A sobre C. A diminuição da corrente de água favorece a deposição de sedimentos finos argilosos ou argilo-siltosos, mas não exclui a possibilidade da presença de sedimentos arenosos, portanto são solos de textura variável, dependente da natureza do substrato e com conteúdo variável de sais. Ocorrem nas partes baixas do litoral sujeitas à influência direta do fluxo e refluxo das marés.

77 DEFINIÇÃO DE PONTOS DE COLETA DE AMOSTRA A metodologia proposta por Davison Dias (1995) sugere que solos oriundos da mesma unidade geológica/pedológica apresentam comportamento semelhante. Desta forma, os resultados obtidos para um ponto de estudo contido em uma unidade são passiveis de extrapolação para toda a unidade em questão. Portanto, de acordo com a metodologia de Davison Dias (1995), o ideal seria coletar no mínimo uma amostra de solo para cada unidade geotécnica. No entanto, sabe-se que solos oriundos de diferentes elevações podem apresentar comportamentos diferentes, mesmo estando em uma mesma unidade geotécnica. Esta condição é confirmada por Zuquette e Gandolfi (1987) quando estes autores propõem a utilização de landforms, ou feições topográficas, na execução de mapeamentos geotécnicos, considerando que o comportamento dos solos é diferenciado em função do relevo. Assim, visando a caracterização de solos em encostas que podem sofrer deslizamento de massa, priorizou-se a coleta em pontos próximos à área urbana, em terrenos em declive, mesmo que contidos em uma mesma unidade geotécnica. Por falta de tempo hábil para a coleta de pontos em todas as unidades geotécnicas e execução dos ensaios laboratoriais, os parâmetros de coesão e resistência ao cisalhamento dos solos, bem como o resultado dos ensaios de caracterização das unidades contidas em terrenos planos, foram retirados de outros trabalhos acadêmicos. Para a definição dos pontos de coleta de amostras de solos, destinados aos ensaios, foi utilizado o mapa geotécnico preliminar com a sobreposição dos vetores das curvas de nível em intervalos de metro em metro, dos cursos d água e das estradas. A Figura 39 a seguir mostra a localização dos pontos de coleta adotados na pesquisa.

78 78 Figura 39: Localização das áreas de estudo FONTE: Google Earth Figura 40: Área de estudo 01 FONTE: Google Earth

79 79 Figura 41: Área de estudo 02 FONTE: Google Earth Figura 42: Área de estudo 03 FONTE: Google Earth

80 80 Figura 43: Área de estudo 04 FONTE: Google Earth Longitude UTM Latitude UTM Tabela 9: Coordenadas topográficas das áreas de estudo Ponto 01 Ponto 02 Ponto 03 Ponto m m m m E E E E m m S S m S m S

81 Fotos do Ponto 01 Figura 44: Área de estudo ponto 01 FONTE: Dos Autores Figura 45: vista do ponto 01 FONTE: Google Earth

82 82 Figura 46: Tradagem para execução do Borehole Shear Test FONTE: Dos Autores Figura 47: Inserção da sonda cisalhante para o ensaio BST FONTE: Dos Autores

83 83 Figura 48: Montagem do aparelho BST FONTE: Dos Autores Figura 49: Montagem do aparelho BST FONTE: Dos Autores

84 84 Figura 50: Execução do ensaio BST FONTE: Dos Autores Figura 51: Execução do ensaio BST FONTE: Dos Autores

85 85 Figura52: Borehole Shear Test ponto 01 FONTE: Dos Autores Figura53: Borehole Shear Test ponto 01 FONTE: Dos Autores

86 Fotos do Ponto 02 Figura 54: Coleta de amostras para ensaio de cisalhamento direto ponto02 Fonte: Dos Autores Figura 55: vista do ponto 02 Fonte: Dos Autores

87 87 Figura 56: Coleta de amostras para ensaio de cisalhamento direto ponto 02 Fonte: Dos Autores Figura 57: Coleta de amostras para ensaio de cisalhamento direto ponto 02 Fonte: Dos Autores

88 88 Figura 58: Execução do ensaio BST Fonte: Dos Autores Figura 59: Execução do ensaio BST Fonte: Dos Autores

89 89 Figura60: Borehole Shear Test ponto 02 Fonte: Dos Autores Figura61: Borehole Shear Test ponto 02 Fonte: Dos Autores

90 Fotos do Ponto 03 Figura 62: Área de estudos ponto 03 Fonte: Dos Autores Figura 63: Área de estudos ponto 03 Fonte: Dos Autores

91 91 Figura 64: vista a partir do ponto 03 Fonte: Dos Autores Figura 65: Coleta de amostras para ensaio de cisalhamento direto ponto 03 Fonte: Dos Autores

92 92 Figura 66: Coleta de amostra para ensaio de cisalhamento direto - ponto 03 Fonte: Dos Autores Figura67: Borehole Shear Test ponto 03 Fonte: Dos Autores

93 93 Figura68: Borehole Shear Test ponto 03 Fonte: Dos Autores Figura 69: Execução do ensaio Borehole Shear Test Fonte: Dos Autores

94 Fotos do Ponto 04 Figura 70: Área de estudos ponto 04 Fonte: Dos Autores Figura 71: Área de estudos - ponto 04 Fonte: Dos Autores

95 95 Figura 72: vista a partir do ponto 04 Fonte: Dos Autores Figura 73: Coleta de amostras para o ensaio de cisalhamento direto ponto 04 Fonte: Dos Autores

96 96 Figura74: Borehole Shear Test ponto 04 Fonte: Dos Autores Figura 75: Borehole Shear Test - ponto 04 Fonte: Dos Autores

97 MÉTODO A metodologia adotada na realização da pesquisa está demonstrada no fluxograma da Figura 76. Primeiramente foram reunidos materiais bibliográficos acerca da área de estudo, assim como mapas e cartas topográficas que permitem a caracterização do meio físico da bacia do Itacorubi. Por meio da edição de mapas, com o auxilio de softwares como o AutiCAD e o ArcGIS, pôde-se gerar um mapa geotécnico preliminar de acordo com a metodologia proposta por Davison Dias (1995). Para análise da instailidade de ecostas, foi utilizado o modelo SHALSTAB (Shallow Slope Stability Model) que une dados hidrlógicos da baca em questão e parâmetros de solos para obtenção de mapas de suscetibilidade e escorregamentos.

98 98 Figura 76: Cronograma de atividades FONTE: Dos Autores

99 99 4 MÉTODOS DE ENSAIOS Neste capítulo serão abordados os principais métodos utilizados na pesquisa. São eles: Ensaios de caracterização, Ensaios de Resistência ao cisalhamento e Edição dos mapas. 4.1 ENSAIOS DE CARACTERIZAÇÃO Os ensaios de caracterização foram executados de acordo com a norma NBR 6457/86 - Preparação de Amostras Massa Específica Aparente Natural A massa específica aparente natural foi determinada pela relação entre a massa da amostra de solo e o volume do molde metálico (10,16com 10,16cm 2cm), considerando o teor de umidade natural, conforme mostra a Figura 77. Figura 77: Amostra indeformada FONTE: Dos Autores

100 Teor de Umidade Natural O teor de umidade natural foi determinado pelo método da estufa (de acordo com a NBR 6457/86), onde 6 (seis) amostras foram ensaiadas. O teor de umidade natural adotado na pesquisa é a média das unidades Granulometria com Sedimentação O ensaio de granulometria foi executado conforme a NBR 7181/84 (Análise Granulométrica), em que o tamanho das partículas é expresso como uma porcentagem do peso seco total. Para determinação do diâmetro efetivo das partículas de solo, fez-se uso da diferenciação entre pedregulhos, areias, siltes e argilas, de acordo com a NBR 6502/95. Tabela 10: Escala granulométrica segundo a NBR 6502/95 Classificação Argila Silte Areia Pedregulho Diâmetro dos grãos menor que 0,002 mm entre 0,06 e 0,002 mm entre 2,0 e 0,06 mm entre 60,0 e 2,0 mm FONTE: NBR 6502/95 Desta forma, foram utilizados dois métodos para encontrar a distribuição do tamanho dos grãos: (1) Ensaio de peneiramento, para partículas maiores que 0,075mm; (2) Ensaio de sedimentação, para partículas menores que 0,075mm. Para execução dos ensaios, tomouse uma amostra de 1000g de solo destorroado e homogeineizado, conforme a Figura 79.

101 101 Figura 78: Destorroamento do solo FONTE: Dos Autores Figura 79: Amostra de solo pra granulometria FONTE: Dos Autores

102 Peneiramento A Figura 80 mostra a peneira de 2mm, na qual o material retido foi lavado e seco em estufa, posteriormente peneirado em peneiras ,5 4,8 2,0mm para determinação da massa de material retido, constituindo a fração grossa do solo em questão. A Figura 81 mostra um exemplo de peneiramento grosso, com o material retido nas peneiras 4,8 e 2mm. Figura 80: Peneira 2mm FONTE: Dos Autores Figura 81: Fração Grossa FONTE: Dos Autores

103 Sedimentação Com base no princípio da sedimentação dos grãos de solo na água, utilizou-se 120g de solos arenosos e 70g de solos argilosos do material passante na peneira 2,0mm para a sedimentação e peneiramento fino. As amostras foram deixadas em defloculante por no mínimo 12 horas. A solução foi agitada em béquer por 5 minutos e transferida para uma proveta graduada, completada com água até 1000ml e agitada durante 1 minuto. Anotouse o tempo de início de ensaio e fizeram-se as leituras conforme a norma, registrando a temperatura da água. Após a última leitura, o material da proveta foi vertido na peneira de 0,075mm. O material retido foi seco em estufa para a realização do peneiramento fino com peneiras 1,2 0,6 0,42 0,30 0,15 0,075mm. A Figura 82 mostra um exemplo de peneiramento fino, com material retido nas peneiras 1,2 0,6 0,42 0,30 0,15 0,075mm respectivamente. Figura 82: Fração fina FONTE: Dos Autores

104 104 Através da curva granulométrica é possível obter o coeficiente de uniformidade e curvatura do solo, os resultados dos ensaios de granulometria serão discutidos no capítulo seguinte Massa Específica Real dos Grãos A massa específica real dos grãos foi determinada tendo como base a NBR 6508/84, onde o peso seco de uma amostra é determinado por simples pesagem e em seguida é determinado seu volume, baseando-se no princípio de Arquimedes. Para tal foram utilizados ensaios em pares de picnômetros, com volume de 500ml, onde a média entre os valores foi a adotada. A Figura 83 mostra em esquema os passos tomados na execução do ensaio. O picnômetro foi pesado uma vez seco e outra preenchido com água destilada, como mostra a Figura 84. Em seguida foi tomada uma amostra de 110 gramas de solo (duas amostras de 55g, conforme a Figura 85) passante na peneira 2mm acrescida de água e submetida a um vácuo de 77kPa para a remoção do ar aderente às partículas de solo. Foram aplicados dois ciclos de 15 minutos, um com material até a metade do picnômetro e outro com material até 1cm abaixo da marca limite, como na Figura 86. Após esse procedimento, completou-se a mistura com água destilada até o volume total do picnômetro e feita uma nova pesagem (Figura 87). Dessa forma, determinada a temperatura da água no ensaio, faz-se uso da fórmula para a determinação da densidade relativa. Figura 83: Determinação da massa específica real dos grãos FONTE: Notas de aula (HIGASHI, 2014)

105 105 Figura 84: Pesagem do picnômetro FONTE: Dos Autores Figura 85: amostras para execução do ensaio FONTE: Dos Autores

106 106 Figura 86: Aplicação dos dois ciclos de vácuo FONTE: Dos Autores Figura 87: Pesagem final FONTE: Dos Autores

107 Índices de Consistência Limite de Liquidez (W L ) Para a determinação do teor de umidade no qual o solo passa do estado plástico para o fluido Limite de liquidez foram realizados ensaios de acordo com a NBR 6459/84, através do aparelho de Casagrande, conforme esquema da Figura 88. Figura 88: Esquema do ensaio FONTE: Notas de aula (HIGASHI, 2014) Tomando uma amostra de 100gramas de solo passante na peneira 0,42mm, foi adicionada na concha de Casagrande uma pasta de solo, com umidade próxima ao seu limite de plasticidade, conforme a Figura 90. Fez-se um sulco na pasta utilizando o cinzel indicado. A concha é levantada a altura de 1cm e cai, sendo 2 golpes por segundo. O número de golpes necessários para o fechamento da ranhura em 13mm (Figura 91) foi registrado e uma amostra central, onde a ranhura se fechou foi coletada para a determinação do teor de

108 108 umidade. Esse procedimento foi feito cinco vezes de forma a obter um gráfico de teor de umidade versus o número de golpes em escala logarítmica. Por meio da reta gerada pela interpolação desses pontos, determina-se WL, que corresponde ao teor de umidade quando necessários 25 golpes para o fechamento da ranhura. Figura 89: Aparelho de Casagrande FONTE: Dos Autores

109 109 Figura 90: Solo antes da execução do ensaio FONTE: Dos Autores Figura 91: Solo depois da execução do ensaio FONTE: Dos Autores

110 110 Figura 92: Detalhe do fechamento da ranhura FONTE: Dos Autores Limite de Plasticidade (W P ) Para a determinação do limite de plasticidade, foram realizados ensaios de acordo com a NBR 7180/84. Baseia-se na obtenção do mínimo teor de umidade do solo que permita moldar um bastão de 10 cm de comprimento e 3 mm de diâmetro, rolando o solo coma palma da mão sobre uma placa de vidro fosco, conforme a Figura 93. Figura 93: Moldagem do cilindro FONTE: Dos Autores

111 111 Tomando uma amostra de 100gramas de solo passante na peneira 0,42mm, adicionou-se água destilada e homogeneizou-se a amostra por cerca de 15 minutos. Em seguida, moldou-se um bastão com as especificidades citadas, que se fragmenta ao atingir os 3mm de diâmetro. Para tal, usou-se dois cilindros, um de 2,95mm e outro de 3,05mm sendo o bastão de solo o intermediário entre os dois, como mostra a O cilindro obtido foi usado para a determinação do teor de umidade. Esse procedimento foi repetido cinco ou seis vezes. O teor de umidade adotado foi a média dos valores, sendo que nenhum valor diferiu da respectiva média mais que 5% dessa média. Figura 94: Homogeinização da amostra FONTE: Dos Autores

112 112 Figura 95: Cilindro de solo de 3mm FONTE: Dos Autores Figura 96: Amostras para determinação do teor de umidade FONTE: Dos Autores

113 Índice de Plasticidade (IP) Na mecânica dos solos o Índice de Plasticidade (IP) é obtido com base na diferença numérica entre o Limite de liquidez (LL) e o Limite de plasticidade (LP). O IP é expresso em percentagem e pode ser interpretado, em função da massa de uma amostra, como a quantidade máxima de água que pode lhe ser adicionada, a partir de seu Limite de plasticidade, de modo que o solo mantenha a sua consistência plástica. Tendo como base o IP, as argilas podem ser caracterizadas da seguinte forma: Fracamente plásticas: 1 < IP < 7; Medianamente plásticas: 7 < IP < 15 e Altamente plásticas: IP > Classificação MCT - Método Expedito das Pastilhas A metodologia MCT (Miniatura Compactada Tropical) é usada para classificar os solos tropicais tendo como base ensaios conduzidos em corpos de prova de dimensões reduzidas. De acordo com Sant Ana (2002), a classificação MCT mostra-se muito adequada aos solos dos países tropicais, porém, a crítica referente a complexidade dos seus ensaios, a experiência adquirida dos profissionais de laboratório com a metodologia tradicional, os investimentos em novos equipamentos e o próprio custo desses ensaios, fizeram com que os pesquisadores da metodologia MCT buscassem caminhos mais simplificados que, igualmente, atingissem os objetivos desejados. De uma forma geral, estas pesquisas apresentam estudos relativos ao uso de pastilhas de solos moldadas em anéis de diâmetro de 20 mm por 5mm de altura sob condições específicas, culminando na classificação de amostras quanto à classe de solos tropicais. Esta classificação proposta correlaciona a contração das pastilhas com o coeficiente c e a penetração com o índice e. Os autores concluíram que, de certa forma, a contração e a penetração nos solos sintetizam o seu comportamento quando aplicado na pavimentação. A contração se correlaciona com a compressibilidade dos solos compactados e a penetração correlaciona-se com a coesão e resistência do solo quando em presença de água (NETO, 2004). Godoy (2000 e 1997) apresentou um sistema de classificação de solos a partir da moldagem de pastilhas e esferas. O objetivo principal da criação deste ensaio foi a necessidade de um método expedito de campo que faça a distinção do comportamento geotécnico dos solos tropicais, proporcionando uma hierarquização preliminar das amostras

114 114 de solo ainda na fase de coleta dos mesmos. Como não se tem um anorma vigente no Brasil, faz-se aqui o detalhamento do procedimento tomado na execução do ensaio MCT Procedimento O procedimento e os equipamentos para a realização dos ensaios visando a caracterização do solo com base na metodologia MCT (método das pastilhas), são apresentados tal qual Sant Ana (2002) e descritos nesta seção, visto que não é de uso comum na Mecânica dos Solos. Os equipamentos utilizados para a execução deste ensaio podem ser divididos da seguinte forma: Equipamentos convencionais: almofariz, proveta, peneiras (número 40), balança 5kg, placa de vidro despolido, espátula e papel filtro. Equipamentos específicos: anéis de PVC rígido, teflon ou similar com 20 mm de diâmetro interno e 5 mm de altura, mini-penetrômetro com ponta plana e corpo cilíndrico de 1,3 mm de diâmetro e peso total de 10g, placas de teflon de cerca de 1 mm de espessura, escala de precisão graduada em mm, placa de pedra porosa. Para a execução do ensaio devem-se peneirar aproximadamente 30g de material passante na # nº 40 (0,42mm) de uma amostra previamente seca ao ar. Adiciona-se água a este material e espatúla-se intensamente até obter consistência adequada. Esta consistência é representada pela penetração de 1mm do minipenetrômetro, a Figura 97, mostra como é feita a verificação.

115 115 Figura 97: verificação do teor de umidade FONTE: Dos Autores Da pasta obtida pela mistura de solo e água, determina-se o seu teor de umidade e retirase a quantidade de material suficiente para moldar uma esfera de 1cm de diâmetro, aproximadamente. Esta pasta irá preencher um anel que repousará previamente na placa de teflon. A energia para a colocação e acomodação do material no interior do anel, deverá ser tal que permita o preenchimento de modo homogêneo de todos os espaços do anel, inclusive a parte inferior, como mostra a Figura 98. Figura 98: Preenchimento do anel FONTE: Dos Autores

116 116 Preenche-se um mínimo de quatro anéis para cada amostra. Do material restante, confeccionam-se duas esferas de cerca de 20mm de diâmetro. Todo o material, anéis e esferas deverão ser secos em estufa a 60º C durante um período de 6 horas, no mínimo. As medidas e observações para a classificação do solo são realizadas após a retirada dos anéis e das esferas da estufa, medindo-se radialmente após equilíbrio térmico, a contração do diâmetro do solo em relação ao diâmetro interno do anel. Isto produzirá um valor médio de contração diametral em milímetros, a figura Figura 99 mostra exemplos deretração do solo após serem colocados em estufa. Figura 99: Retração do solo FONTE: Dos Autores Em seguida, os anéis e respectivos materiais são colocados sobre papel filtro em uma pedra porosa saturada até que a carga hidráulica atinja (-) 5mm. Anota-se o tempo decorrido até que a superfície das amostras fique tomada pela frente úmida. O material permanece em repouso sobre a pedra porosa durante pelo menos 2 horas, período em que as alterações observadas na superfície das pastilhas como trincamentos, inchamentos e abaulamentos são anotadas. Aguns comportamentos estão expostos nas figuras.

117 117 Figura 100: Exemplo de comportamento após reabsorção de água FONTE: Dos Autores Figura 101: Exemplo de comportamento após reabsorção de água FONTE: Dos Autores

118 118 Figura 102: Exemplo de comportamento após reabsorção de água FONTE: Dos Autores Findado este tempo, mede-se a profundidade alcançada pela penetração do minipenetrômetro na pastilha do solo, tomando-se o cuidado para que este se mantenha na posição vertical e atue sob peso próprio, após ser cuidadosamente disposto em contato com a superfície do solo, conforme mostra o esquema da Figura 103 e a Figura 104. Figura 103: Esquema de penetração da pastilha de solos FONTE: NOGAMI e VILLIBOR, (1994 e 1996)

119 119 Figura 104: Medição da penetração FONTE: Dos Autores Deve-se observar que o posicionamento do mini-penetrômetro deve ser o mais afastado possível dos bordos do anel, e em caso de mais uma penetração em uma mesma pastilha, deve-se manter distância entre as penetrações convenientes. Das duas esferas de 20 mm de diâmetro confeccionadas e secas em estufa, a primeira é imersa em água, observando o seu comportamento, que segundo Godoy (1997) poderá ser um dos seguintes: A esfera se desagrega nos primeiros 10 segundos de imersão e as partículas de solo resultantes podem ser identificadas (Figura 105); A esfera se desagrega em partículas em até 2 horas e as partículas de solo podem ser identificadas (Figura 106); A esfera rompe-se em blocos milimétricos (Figura 107); A esfera de solo se trinca ou não se altera (Figura 108).

120 120 Figura 105: Esfera se desagrega em até 10s FONTE: Dos Autores Figura 106: Esfera se desagrega em até duas horas FONTE: Dos Autores

121 121 Figura 107: Esfera se desagrega em blocos milimétricos FONTE: Dos Autores Figura 108: Esfera não se altera FONTE: Dos Autores

122 122 A outra esfera será submetida ao esmagamento com o auxílio do polegar, podendo ocorrer as seguintes situações: A esfera é quebrada sob pressão do polegar e indicador; A esfera é quebrada sob pressão do dedo polegar em uma superfície plana; A esfera não se quebra. Os dados obtidos de contração da pastilha de solo e penetração do mini-penetrômetro, são inseridos no gráfico da figura 63. O símbolo - utilizado em alguns casos separa opções equivalentes quanto ao grupo de solo, e o /, separa opções com menor grau de incidência. Figura 109: Gráfico para a determinação expedita MCT pelo método das pastilhas FONTE: NOGAMI e VILLIBOR, (1994 e 1996) Onde: LG : argilas Lateríticas e argilas Lateríticas arenosas; LA : areias argilosas Lateríticas; LA: areias com pouca argila Laterítica; NG : argilas, argilas siltosas e argilas arenosas não-lateríticas;

123 123 NS : siltes cauliníticos e micáceos, siltes arenosos e siltes argilosos não-lateríticos; NA : areias siltosas e areias argilosas não-lateríticas; NA: areias siltosas com siltes quartzosos e siltes argilosos não-lateríticos O ensaio expedito de MCT pelo método das pastilhas começou a ser utilizado no estado de Santa Catarina recentemente. São poucos os trabalhos que foram apresentados sobre este assunto. Apesar disso, são apresentados alguns resultados para efeito comparativo dos valores alcançados por esta pesquisa (Tabela 11). Tabela 11: Ensaio MCT para alguns solos do estado de Santa Catarina. Localidade e Autor Tubarão1 Laguna2 Capivari de Baixo3 Florianópolis4 S.Francisco do Sul5 Prof. de coleta (m) Tipo de solo Classific. MCT 3 Horiz. C de granito argiloso NS NA 5,5 Horiz. C de granito arenoso NG 0,5 Horiz. C de granito coluv. areno-siltoso NS -NA 2 Horiz. B de granito argilo-siltoso NG 2 Horiz. C de granito arenoso NA-NS 2,5 Horiz. C de granito arenoso NG 2 Horiz. C de granito silto-arenoso NA-NS 2 Horiz. C de granito argiloso NG 3 Horiz. C de granito silto-argiloso NS -NA 3,5 Horiz. C de granito arenoso NA-NS 0,5 Horiz. B de granito argiloso LG 2 Horiz. C de granito arenoso NA-NS' 1,5 Horiz. C de granito argiloso NG' 1 Horiz. C de granito argiloso NG' 1,5 Horiz. C de granito silto-arenoso NS-NG' 1 Horiz. C de granito silto-arenoso NS NA 1 Horiz. C de granito silto-arenoso NS /NA 1,5 Horiz. C de granito argiloso NS NG 0,5 Areia Quartzosa Podzolizada NS NA 2 Horiz. C de granito argilo-arenoso LG 2 Horiz. C de granulito NS -NA 1 Horiz. C de granulito NS -NA Ipumirim6 1,5 Horiz. B de basalto LG NOTA: 1- Higashi (2006), 2 Heidemannet al. (2007), 3 - Higashi et al. (2004), 4 - Higashi et al. (2003), 5 - Higashi e Figueiredo (2003), 6 Higashi e Spricigo (2003). FONTE: Notas de aula ( HIGASHI, 2014)

124 ENSAIOS DE RESISTÊNCIA AO CISALHAMENTO A resistência ao cisalhamento dos solos pode ser definida como sendo uma tensão de cisalhamento sobre um plano de ruptura, na ruptura (HIGASHI apud LEONARDS, 1962) A importância do estudo da resistência ao cisalhamento na geotecnia consiste na previsão de rupturas de obras como barragens, aterros sobre solos moles, ou no deslizamento de encostas, entre outros Cisalhamento Direto Com o intuito de quantificar a coesão e o ângulo de atrito do solo, o ensaio de cisalhamento direto encontra a tensão cisalhante máxima resistida por esse solo em relação a uma tensão normal efetiva aplicada. O ensaio é baseado diretamente do critério de ruptura desenvolvido por Mohr-Coulomb (Figura 110) que prevê a envoltória de ruptura a partir da tangente dos vários círculos de Mohr e é executado conforme a norma norte americana ASTM D3080. Figura 110: Critério de ruptura de Mohr-Coulomb FONTE: Procedimento O ensaio de cisalhamento é executado na condição Consolidado-Drenado (CD), isso significa que durante a aplicação das cargas sobre a amostra (σ'n) é permitida a saída de água dela, ocorrendo em duas etapas: a consolidação e o cisalhamento.

125 125 A consolidação do corpo de prova é a etapa em que ocorre a aplicação de uma carga de projeto, saindo água da amostra e reduzindo o índice de vazios. Esta etapa se assemelha a um ensaio de adensamento. Desta forma, deve-se aguardar o fim de toda compressão causada pelo carregamento normal, sendo possível proceder à segunda etapa após a estabilização de volume. A etapa de cisalhamento ocorre após a consolidação seja cessada, e tem por objetivo testar o solo a sua maior tensão de cisalhamento com a imposição de uma superfície de ruptura. O cisalhamento do corpo de prova ocorre com a movimentação da caixa inferior do cisalhamento direto, como pode ser observado nos esquemas das Figura 111 e Figura 112. Figura 111: Equipamento de Cisalhamento Direto - Célula FONTE: Notas de aula (HIGASHI, 2014)

126 126 Figura 112: Equipamento de cisalhamento direto - Prensa FONTE: Notas de aula (HIGASHI, 2014) Figura 113: Colocação da amostra na caixa FONTE: Dos Autores

127 127 Figura 114: Caixa de cisalhamento direto FONTE: Dos Autores Figura 115: Execução do ensaio FONTE: Dos Autores

128 128 Devido ao fato do 2º estágio não mensurar as pressões neutras desenvolvidas ao longo do cisalhamento, a velocidade de rompimento do corpo de prova é condicionada ao tipo de solo ensaiado. Isto significa dizer que em solos argilosos, de baixa permeabilidade, a velocidade deve ser lenta, enquanto que em solos mais arenosos, a velocidade pode ser mais elevada. Ressalta-se que a caixa de cisalhamento, também conhecida de célula de cisalhamento, impõe uma superfície de ruptura à amostra, ficando a cargo da amostragem e moldagem a confiabilidade dos resultados obtidos Interpretação dos Resultados Os resultados finais devem possibilitar a construção de gráficos de tensão versus deformação horizontal, deformação vertical versus deformação horizontal e, por fim, tensão cisalhante máxima versus tensão normal. A Figura 116 ilustra como é possível, a partir dos resultados das tensões cisalhantes máximas, construir o gráfico de Tensão cisalhante máxima (τ máx ) versus Tensão normal (σ' n ), e desta forma, determinar o ângulo de atrito interno e coesão das amostras de solos coletadas em campo Observações a respeito do critério de Mohr-Coulomb: A parcela de resistência devido à coesão independe da pressão normal; A capacidade de resistência de um solo é a resistência ao cisalhamento deste solo, ou seja, é a máxima tensão cisalhante que o solo resiste. Figura 116: Envoltória de ruptura de Moh-Coulomb FONTE: Higashi (2014)

129 129 As vantagens da realização do ensaio de cisalhamento direto, tendo em vista a aplicação deste tipo de ensaio no mapeamento das bacias em questão são: Simplicidade e praticidade; Facilidade de moldagem de amostras (não foi necessária a moldagem de um bloco específico para o ensaio); Rapidez de execução (foi possível executar mais amostras); Ensaio relativamente rápido. Para efeito comparativo, a tabela 12 apresenta os parâmetros de resistência dos solos de alguns solos coletados nos estados de Santa Catarina, obtidos através do ensaio de cisalhamento direto. Localidade e Autor Tubarão 1 Florianópolis 2 Tabela 12: Valores de Coesão e Ângulo de Atrito dos solos de Santa Catarina Tipo de solo Coesão Natural (kpa) Coesão Inundada (kpa) Ângulo atrito natural ( o ) Ângulo atrito inundado ( o ) Horiz. C de granito silto-argiloso 15,30 11,00 36,2 31,4 Horiz. C de gran. coluv.arenosiltoso 33,43 3,58 44,5 32,1 Horiz. B/C de granito agilo-siltoso 104,13 13,40 46,1 35,1 Horiz. C de granito arenoso 36,15 12,99 36,6 38,7 Horiz. C de granito areno-argiloso 55,18 0 (zero) 32,6 41,3 Horiz. C de granito silto-arenoso 8,62 1,36 31,9 31,5 Horiz. B/C de granito silto-argiloso 37,31 11,84 24,3 23,2 Horiz. C de granito silto-argiloso 17,24 10,95 42,9 31,6 Horiz. C de granito arenoso 39,90 7,30 38,9 33,7 Granito / hor. C - Ilha PVg1 17, Granito / hor. C - Ilha PVg1 25, Granito / hor.b/c - Itacorubi-PVg2 33,1 20, Granito / hor. B - Canasvieiras-Cde - 9,1-34 Granito / hor. C - Canasvieiras-Cde Florianópolis 3 Granito / hor. C - Jardim Guarani 42,25 16,82 36,7 32,4 Granito / hor. C - Cacupé 28,9 5,2 35,9 35,9 Gran_plano arg. - Jardim Guarani 8,14 2,12 37,7 26,6 Santo Amaro da Imperatriz 4 Florianópolis 5 Amostra 1 4 Granito / hor. C 21,6 15,9 41,5 30,9 Amostra 2 4 Granito / hor. C 22,7 4,16 41,3 30,4 Amostra 3 4 Granito / hor. C 46,9 6 30,9 35,4 Granito/hor. C - Araquãs ,2 32 Granito/hor. C - Córrego Grande ,6 37,3 Granito/hor. C - S. Lagoa ,4 Granito/hor. C - Serrinha ,7 34,4 Granito/hor. C - SC ,2 40,1 Granito/hor. C - Praia Mole ,3 Granito/hor. C - João Paulo ,6 37,3 Granito/hor. C - Cacupé ,1 35,2 FONTE: Higashi (2014)

130 Borehole Shear Test O equipamento Borehole Shear Test (BST) foi criado na Iowa State University pelos pesquisadores Handy e Fox (1967) com o intuito de estimar os parâmetros de resistência do solo drenado de modo simples e rápido, diretamente no campo. O aparelho contém uma sonda cisalhante, uma bomba de ar e uma base para o arrancamento (presentes na Figura 117). Figura 117: Equipamento Borehole Shear Test FONTE: Borehole Shear Test - Instructions, 2013

131 131 Figura 118: Equipamento Borehole Shear Test FONTE: Dos Autores Procedimento O ensaio começa com a perfuração do solo com um trado helicoidal de 65 mm e um de 82 mm de diâmetro (Figura 69), o primeiro para verificação do solo e o segundo para auxiliar a execução do ensaio. A profundidade do furo feito pelo trado é aquela que se quer examinar, permitindo analisar vários tipos de solo.

132 132 Figura 119: Trados helicoidais FONTE: Dos Autores Figura 120: Perfuração do solo FONTE: Dos Autores

133 133 Após a tradagem, insere-se a sonda cisalhante (Figura 121 e Figura 122) até a profundidade a qual se quer ensaiar e aplica-se a tensão normal efetiva desejada com o auxilio de um manômetro com bomba manual (Figura 123). O incremento de pressão recomendado pelo fabricante é apresentado na tabela 13 a seguir. Tabela 13: Incremento de pressão Solo kips kpa psi Muito mole Silte muito fraco, argila quase no limite de liquidez, areia solta no limite critico de vazios, ou acima dele Mole Argila ou silte mole ou areia solta Médio Areia ou silte moderadamente densos ou argila média Duro Areia, silte ou argila densa Muito duro Areia cimentada, argila altamente pré-consolidada ou xisto* Desconhecido FONTE: Borehole Shear Test - Instructions, 2013 Figura 121: Inserção da sonda cisalhante FONTE: Dos Autores

134 134 Figura 122: Inserção da sonda cisalhante FONTE: Dos Autores Figura 123: Manômetro com bomba manual FONTE: Dos Autores A sonda se expande (Figura 124 e Figura 125) e comprime o solo para que haja uma etapa de consolidação do material quanto à pressão exercida. A partir deste ponto espera-se 15 minutos para que a consolidação inicial termine, este tempo é definido pelo fabricante como sendo o necessário para solos argilosos, para solos com uma permeabilidade maior

135 135 não é necessário esperar tanto tempo, contudo, neste trabalho todos os tempos de consolidação inicial foram de 15 minutos. Quando houver incremento de pressão para os próximos estágios não é necessário esperar o mesmo tempo, com isso, o fabricante indica o tempo de 5 minutos para as demais tensões aplicadas. Figura 124: Sonda cisalhante expandida FONTE: Dos Autores Figura 125: Sonda cisalhante expandida FONTE: Dos Autores

136 136 Enquanto a placa consolida, deve-se baixar a base pela haste, essa peça passa pelo centro do orifício, dentro de um cilindro rosqueado, conforme mostram as Figura 126 Figura 127. Essa placa deve permanecer perpendicular ao eixo do buraco para que o esforço transmitido ao solo possa ser completamente paralelo. Figura 126: Montagem do aparelho BST FONTE: Dos Autores

137 137 Figura 127: Montagem do aparelho BST FONTE: Dos Autores Após o tempo de consolidação apropriado, a manivela deve ser girada a uma velocidade de 2 revoluções por segundo, no sentido horário, como exposto na Figura 128. O manômetro na base do aparelho (Figura 129) registra o aumento gradual de pressão. A pressão da tensão de cisalhamento máxima indica ruptura por cisalhamento. Quando a leitura do manômetro se mantiver constante e não diminuir, continua-se rodando mais, por cerca de 25 voltas para assegurar que não houve falha. Em siltes e areias, a leitura pode oscilar indicando stick-slip (quando o ponteiro pula não possibilitando uma leitura constante da pressão), nesse caso, lê-se a maior pressão. Às vezes pode ser possível ouvir um ruído causado pois a superfície de cisalhamento se move para fora, perturbando o solo.

138 138 Figura 128: Execução do ensaio BST FONTE: Dos Autores Figura 129: Manômetro para leitura da tensão cisalhante FONTE: Dos Autores

139 Correção de Problemas Como o equipamento pode ser considerado recente, poucos estudos foram feitos e algumas variações no resultado são apresentadas como procedimentos de ensaio, de forma a corrigir possíveis problemas de execução ou operação. a) Se houver duvidas quanto ao estado de drenagem do solo durante o teste, pode-se dobrar o tempo de consolidação para os próximos pontos e ver se ele ainda forma uma linha reta quando desenhado na planilha. Se o ponto ficar acima, deve-se aumentar os tempos de consolidação. Pode-se alternar entre 5 e 10 minutos de consolidação, para que a pressão de água nos poros seja negligenciável e os pontos fiquem em linha. b) Se a força de cisalhamento diminuir em maiores pressões normais, a sonda deve estar totalmente expandida e o ponto não deve ser incluído na regressão. c) Se há duvidas da validade do teste, deve-se retirar a sonda, limpá-la, rotacionar 90º e posicionar na mesma profundidade. Isso também pode ser feito para aumentar o número de pontos e estabilizar a pressão de pré-consolidação. d) Se os pratos de cisalhamento (sonda cisalhante) estiverem em contato com cascalhos, a tensão de cisalhamento irá aumentar continuamente até que o seixo mude de posição ou quebre, gerando um ponto muito alto intermediário, que deve ser descartado. e) Uma coesão falsa negativa pode ser causada por um alavancamento da envoltória causado por um pequeno aumento progressivo na resistência final obtida pelo prato de cisalhamento. Existe uma pequena influencia no ângulo de fricção e a coesão negativa pode ser desconsiderada. f) Após cada falha de cisalhamento, a tensão normal deve ser reduzida ou a superfície de cisalhamento continuará sendo solicitada. Isso pode acontecer mesmo quando a tensão normal é reduzida, então o cisalhamento pode ter que ser repetido alternando aumento e redução da tensão cisalhante enquanto mantendo a tensão normal constante. g) Em argilas e se um teste for continuado com tensão normal suficientemente elevada, a envoltória de corte pode aumentar subitamente criando um aclive e definir uma envoltória em que pode ser extrapolada para trás através da origem. Esta é uma envoltória de cisalhamento normalmente adensado, e a interseção das duas envoltórias é uma pressão de pré-adensamento.

140 140 h) Uma vez que a pressão de PA medida desta forma é horizontal e uma consequência da tensão vertical, ele pode ser convertido para um PA vertical, dividindo por (1 - sinφ n ), onde φ n é o ângulo de atrito para consolidação normal - que é a inclinação da segunda linha com c = EDIÇÃO PRELIMINAR DOS MAPAS Para edição dos mapas, fez-se uso dos softwares AutoCAD (Figura 130) e ArcGIS (Figura 131). Com esses recursos, possibilitou-se a criação de um mapa geotécnico final, o qual pode ser utilizado no modelo SHALSTAB para identificação de áreas suscetiveis a movimentos de massa na bacia do Itacorubi. Figura 130: Ambiente de trabalho AutoCAD FONTE: Dos Autores

141 141 Figura 131: Ambiente de trabalho ArcGIS FONTE: Dos Autores Mapa Pedológico O mapa pedológico utilizado na pesquisa, foi fornecido pela Divisão de Geociências do Sul (DIGEO/SUL) do IBGE, em escala 1: e formato.dwg. A edição preliminar foi feita com auxílio do software AutoCAD. Inicialmente, foram eliminadas características externas à área de estudo e ainda, feições que não se faziam necessárias na pesquisa, foram mantidas as unidades, a hidrografia e o espaço urbano. Em seguida, as unidades pedológicas foram transformadas em polígonos para que o mapa pudesse ser editado em ambiente SIG por meio do software ArcGIS. Os arquivos foram salvos em formato Drawing Exchange Format (*.dxf), e convertidos em shapefile (*.shp) no software ArcGIS, onde foram finalizadas as edições do mapa. O mapa pedológico final pode ser observado na Figura 132.

142 142 Figura 132: Mapa pedológico FONTE: Dos Autores Mapa Geológico O mapa geológico utilizado na pesquisa foi fornecido pela Divisão de Geociências do Sul (DIGEO/SUL) do IBGE, em escala 1: A edição do mapa geológico seguiu o mesmo procedimento descrito na edição do mapa pedológico.

143 143 Figura 133: Mapa geológico FONTE: Dos Autores Com base no mapa geológico gerado, foi possível a criação de um mapa litológico, entendido como um subproduto do mapa geológico, caracterizado pela representação da litologia das formações geológicas da região, destacando o tipo de rocha que provê o substrato para a formação de cada solo. Assim, as unidades geológicas foram convertidas em litológicas conforme a tabela 14.

144 144 Tabela 14: Unidades geológicas e litológicas Unidade Geológica QPm (Sedimentos Marinhos Litorâneos e Eólicos Retrabalhados) QPca (Sedimentos Colúvio-Alúvio-Eluviais Indiferenciados) QHmg (Sedimentos Argilo-Arenosos Típicos de Áreas de Mangues) QHm (Sedimentos Marinhos Litorâneos) QHI (Sedimentos Sílticos-Argilo-Arenosos de Lagunas e Baías) QHdf (Sedimentos Arenosos de Origem Eólica de Dunas Fixas) QHd (Sedimentos Arenosos de Origem Eólica) QHca (Sedimentos Colúvio-Alúvio-Eluviais Indiferenciados) PS pgb: Suíte Intrusiva Pedras Grandes (Granito Florianópolis) PS pg: Suíte Intrusiva Pedras Grandes PSc: Complexo Canguçu Eca: Formação Cambirela FONTE: Guesser (2013) Unidade Litológica Sedimentos Quaternários Sedimentos Quaternários Sedimentos Quaternários Sedimentos Quaternários Sedimentos Quaternários Sedimentos Quaternários Sedimentos Quaternários Sedimentos Quaternários Granito Granito Granito Granito Mapa Geotécnico Definitivo A metodologia utilizada para a elaboração do mapa geotécnico segue a metodologia proposta por Davison Dias (1995). No ArcMap, é feita a sobreposição dos mapas litológico e pedológico a fim de se obter um terceiro mapa, com destaque para os padrões de comportamento dos solos. As unidades geotécnicas obtidas são nomeadas de acordo com a unidade pedológica e unidade litológica, conforme exemplificado na figura 73: Figura 134: Unidades geotécnicas FONTE: Guesser (2013)

145 145 No entanto, a simples sobreposição dos mapas pode gerar inconsistências, observadas na indicação de unidades geotécnicas que contradizem a pedogênese. Tais inconsistências podem ser justificadas pelo fato de serem utilizados mapas pedológico e litológico com escalas pouco precisas (1: ). Assim, surge a necessidade de se fazerem eventuais ajustes e correções para a geração de um mapa geotécnico final. Tabela 15: Unidades geotécnicas e respectivas áreas da bacia do rio Itacorubi. Unidade Área Denominação Geotécnica (km 2 ) PVg Podzólico Vermelho-Amarelo de Substrato Granito 17,8 Gesq Glei de substrato sedimentos quaternários 7,4 SMsq Solos De Mangue De Substrato Sedimentos Quaternários 1,8 FONTE: Dos Autores

146 146 Figura 135: Mapa geotécnico da bacia do Itacorubi FONTE: Dos Autores

147 Podzólico Vermelho-Amarelo de Substrato Granito (PVg) As unidades Cg apresentadas no mapa da Figura 74 de maneira geral, apresentam as seguintes características: Os Podzólicos Vermelho-Amarelos de substrato granito são característicos de regiões de clima úmido, com perfis bem desenvolvidos, profundidade mediana, moderadamente ou bem intemperizados. Esta unidade apresenta um horizonte A inferior a 50cm, um horizonte B de cores vermelhas com aproximadamente 1m de espessura, mais argiloso que o horizonte A, e um horizonte C granular, podendo alcançar até 30m de espessura. O teor de argila presente em seu horizonte B (de cor vermelha ou vermelhoamarelada), normalmente, é bem maior do que a quantidade deste material localizada no horizonte A. O comportamento mecânico do horizonte C (Saprolítico) desta unidade assemelha-se ao comportamento descrito para a unidade de Cambissolo de substrato granito, pois também guarda a estrutura da rocha de origem, com presença de mutações (intemperismo esferoidal), e apresenta um comportamento variável em função do grau de intemperismo dos minerais primários presentes no horizonte C. Estes horizontes (B e C), em geral, são parcialmente saturados e bem drenados. O horizonte B apresenta um índice de resistência à penetração dos 30cm finais do amostrador padrão da sondagem à percussão com circulação d'água (Nspt) entre 5 e 7. No horizonte C, o número de golpes é superior a 12, e a resistência é crescente à medida que a rocha de origem se aproxima. No que diz respeito ao uso e ocupação por fundações superficiais de edificações, estas devem ser assentadas após o horizonte B, e assim contar com maior resistência e menor compressibilidade. Uma característica importante dos solos da unidade PVg é a redução da resistência ao cisalhamento com a inundação. Assim como a unidade Cg, este solo apresenta significativa perda de coesão com a variação do grau de saturação, independente do substrato e do horizonte (B ou C). Essa redução, notada para a coesão do solo, é observada em muito menor escala no ângulo de atrito interno, que, algumas vezes, eleva seu valor. O horizonte C é muito suscetível à erosão. Desta forma, é importante manter o horizonte A e B dos solos em obras de engenharia que envolvam grande movimentação de terra. Devido à anisotropia, típica do horizonte C deste tipo de unidade, ocorre a grande dispersão dos resultados de ensaios geotécnicos. Mesmo no horizonte B, a variação da textura interna desta camada de solo também é responsável pela variabilidade dos resultados. Nos locais onde ocorrem diques de diabásio, as espessuras de solo são maiores e o horizonte C, dependendo do grau de alteração, pode ser expansivo. O solo de alteração de diabásio pode ocorrer dentro dos maciços rochosos, ou abaixo de corpos graníticos de grandes dimensões, trazendo sérios problemas geotécnicos para

148 148 obras de engenharia. Os movimentos de massa que ocorrem nesta unidade, geralmente estão associados aos diques de diabásio. Na unidade Podzólico Vermelho-Amarelo de substrato granito, tanto o horizonte B quanto o C são bem drenados e apresenta lençol freático profundo, o que permite a sua utilização como absorvente de efluentes domésticos Gleide Substrato Sedimentos Quaternários (Gesq) O termo Glei indica intensa redução de ferro durante o desenvolvimento do solo sob condições de má drenagem ou alagamento. As cores destes solos na bacia de estudo são próximas às neutras (cinzas e pretas), correspondendo à ausência de ferro e podem apresentar-se com mosqueados ou não. São solos mal ou muito mal drenados, com forte gleização. Na bacia de estudo são desenvolvidos nas áreas de várzeas, áreas deprimidas, planícies aluviais, locais de terras baixas, ou seja, estão normalmente vinculadas ao excesso de água. Este tipo de solo corresponde às clássicas argilas moles (hidromórficas ou não) estudadas pela geotecnia. O horizonte A desta unidade é escuro e relativamente espesso, enquanto que o horizonte Glei, que ocorre abaixo do horizonte A, apresenta uma camada de cor acinzentada, ou variegada, com ou sem mosqueado. De uma forma geral, esta unidade apresenta elevada deformação (por adensamento) e baixa resistência ao cisalhamento quando solicitada por esforços mecânicos. Apesar de não terem sido executados ensaios de adensamento neste tipo de solo, diversos estudos desenvolvidos com as argilas moles minerais da região costeira do estado de Santa Catarina apontam para um comportamento normalmente adensado (NA) de amostras coletadas no horizonte Glei deste tipo de unidade. A ocupação dessas áreas deve ser criteriosa, pois nesses locais podem surgir intercalações de camadas silto-argilosas com camadas arenosas, ocorrendo, frequentemente níveis de solos orgânicos de baixa capacidade de suporte (Nspt<4) entre as mesmas. Para o uso e ocupação desta unidade sugere-se que para estimar os recalques dos aterros e fundações de edificações é necessário que, além das sondagens do tipo SPT, sejam executados ensaios de adensamento para a definição dos parâmetros de compressibilidade, sobretudo do coeficiente de compressão (cc), uma vez que esta unidade corresponde a argilas normalmente adensadas (NA). Esta unidade apresenta baixa permeabilidade e nível do lençol freático próximo à superfície (solo saturado). Desta forma, para as cargas da engenharia que solicitam mecanicamente o solo de forma imediata, tal qual aterros rodoviários, deve ser avaliada a resistência não drenada. Sugere-se que os ensaios de compressão triaxial na condição UU (Não consolidado; Não drenado) sejam executados para a determinação dos parâmetros de resistência.

149 149 Ressalta-se que caso não seja investigado o solo para a execução de obras de engenharia, é possível que ocorram sérios problemas de rupturas e consideráveis recalques de fundações com retificações extremamente onerosas Solos de Mangue de Substrato Sedimentos Quaternários (SMsq) Nas planícies, maior cuidado deve ser dispensado aos mangues, importantes nichos ecológicos na preservação da flora e fauna costeiras e na amortização dos picos de chuvas, que constituem a unidade SMsq. Esta unidade foi classificada por Santos (1997) quando mapeada a Ilha de Santa Catarina. Os problemas geotécnicos dessa unidade são semelhantes aos que ocorrem com as unidades Gsq Mapa Topográfico O mapa topográfico utilizado na pesquisa foi fornecido pela Prefeitura Municipal de Florianópolis, em escala 1: A edição do mapa topográfico se deu primeiramente em formato.dwg com auxilio do software AutoCAD. Foi realizada a delimitação da bacia, gerando-se um polígono com o contorno da mesma. Em ambiente SIG, foi feito o recorte das curvas de nível que se encontravam dentro dos limites da bacia, gerando o mapa topográfico, que contém as elevações do terreno (Figura 136).

150 150 Figura 136: Mapa topográfico da bacia do Itacorubi FONTE: Dos Autores Rede Triangular Irregular (TIN) Com as curvas de nível do mapa topográfico, foi possível gerar a TIN (Triangulated Irregular Network), que permite uma visão preliminar do modelo digital do terreno. É feita a interpolação dos valores de altitude contidos nas curvas de nível, por meio da criação de triângulos irregulares entre uma linha e outra. Usando-se o comando Create TIN do ArcMap, gerou-se a TIN da bacia do Itacorubi (Figura 137).

151 151 Figura 137: Rede triangular Irregular da bacia do Itacorubi FONTE: Dos Autores

152 152 Figura 138: TIN em vista tridimensional FONTE: Dos Autores Modelo Digital do Terreno (MDT) O MDT representa continuamente a distribuição espacial das variações de altitude no terreno, por meio da interpolação das curvas de nível contidas no mapa topográfico. Usouse a ferramenta topo to raster do ArcMap para a criação do MDT da bacia do Itacorubi. As gradações topográficas do relevo são indicadas por meio da variação da tonalidade do mapa.

153 153 Figura 139: Modelo digital do terreno da bacia do Itacorubi FONTE: Dos Autores Mapa de Declividade O mapa de declividades foi elaborado por meio da ferramenta slope, em Raster surface no ArcMap, com base no MDT gerado anteriormente. O mapa de declividades permite a análise das classes de relevo presentes no terreno, de acordo com o Sistema Brasileiro de Classificação dos Solos da EMBRAPA mostrado na tabela 16.

154 154 Tabela 16: Classificação do relevo Classes de Relevo Declividade (%) Plano 0 a 3 Suave ondulado 3 a 8 Ondulado 8 a 20 Forte Ondulado 20 a 45 Montanhoso 45 a 75 Escarpado Maior que 75 Fonte: modificado de EMBRAPA (1999). Figura 140: Mapa de declividades da bacia do Itacorubi FONTE: Dos Autores

155 Mapa de Sumidouros O mapa de sumidouros permite a correção de incoerências e discrepâncias que podem ter ocorrido na geração do MDT. Consiste no preenchimento de sumidouros e na remoção de picos, conforme o esquema mostrado na Figura 141. Destaca-se a importância de tais correções para a posterior análise da distribuição do fluxo de água. Figura 141: Correção de incoerências geradas no MDT FONTE: Guesser (2013) Com o uso da ferramenta fill, em Hidrology, no ArcMap, foi gerado o mapa de sumidouros da bacia do Itacorubi.

156 156 Figura 142: Mapa de Sumidouro da bacia do Itacorubi FONTE: Dos autores Mapa de Direções de Fluxo O mapa das Direções de Fluxo representa a drenagem da água na bacia hidrográfica, ou seja, o caminho preferencial para o escoamento de água. O método utilizado pelo software ArcGIS é o D8, baseado no mapa de sumidouros do terreno, indicando para qual das oito células vizinhas uma determinada célula irá drenar a água conforme o modelo na Figura 143.

157 157 Figura 143: Método D8 FONTE: CARVALHO et al No mapa, por meio da ferramenta flow direction em hidrology no ArcMap, cada cor e valor representa um vetor de direção de fluxo, conforme o esquema da Figura 144. Figura 144: Vetor de direção de fluxo FONTE: GUESSER (2013) O mapa gerado pode ser observado na Figura 145, mostra as direções do fluxo de água para a bacia do Itacorubi.

158 158 Figura 145: Mapa de direções da bacia do Itacorubi FONTE: Dos Autores Mapa de Contribuição O mapa de contribuição consiste na representação do acúmulo de fluxo de água na bacia, a partir do mapa de direções de fluxo. É gerada a rede de fluxo, formando a rede de drenagem, conforme o esquema representado na Figura 146.

159 159 Figura 146: Rede de drenagem FONTE: Dos Autores O mapa foi editado com a ferramenta flow accumulation, em hidrology no ArcMap. O resultado pode ser visto na Figura 147. Em escala reduzida não é possível observar as redes de drenagem.

160 160 Figura 147: Mapa de contribuição da bacia do Itacorubi FONTE: Dos autores

161 161 5 RESULTADOS ALCANÇADOS ATÉ O MOMENTO Neste capítulo serão abordados os principais resultados alcançados na pesquisa. São apresentados tanto os resultados dos ensaios de caracterização quanto dos ensaios de resistência ao cisalhamento, assim como o resultado da aplicação do modelo SHALSTAB para a bacia do Itacorubi. 5.1 ENSAIOS DE RESISTÊNCIA AO CISALHAMENTO Apresentam-se, a seguir, as figuras dos ensaios de resistência segundo o critério de Ruptura de Mohr-Coulomb dadas pelos ensaios de Cisalhamento Direto e Borehole Shear Test Cisalhamento Direto Ponto 01 inundado e no teor de umidade natural Inundado

162 162 Teor de Umidade Natural O Perfil do solo presente no ponto 01 apresentava variações por conta de algumas falhas naturais e de um dique de diabásio,muito frequente na região,próximo do local de coleta. Por conta disso foram feitos dois ensaios para melhor classificar a área escolhida. As maiores variações se deram sob a forma inundada do ensaio, no qual a heterogeneidade da amostra mostrou alguma diferença no ângulo de atrito Ponto 02 inundado e no teor de umidade natural Inundado

163 163 Teor de Umidade Natural As amostras do ponto 02 não tiveram variações notáveis no ângulo de atrito (aproximadamente 29 o inundado e 27 o no teor de umidade natural), com tudo pode-se observar uma mudança na coesão que de 28 kpa caiu para aproximadamente 5 kpa quando inundado. O fator que possibilita essa mudança pode ser descrito como a coesão aparente, causada pela sucção da água, e no ensaio inundado esse valor tende a sumir, uma vez que o índice de saturação está tendendo a 100%.

164 Ponto 03 inundado e no teor de umidade natural Inundado: Teor de Umidade Natural O solo estudado no ponto 03 apresentou-se bem homogêneo, por conta disso os valores obtidos nos ensaios foram próximos dos esperados, uma vez que o ensaio inundado apresentou uma pequena queda no valor de ângulo de atrito (de 42 para 36 ) e uma diminuição da coesão, uma vez que a parcela de coesão aparente é reduzida ou praticamente eliminada.

165 Ponto 04 inundado e no teor de umidade natural Inundado: Teor de Umidade Natural O solo presente na região do ponto 04 mostrou-se como o mais coeso dos solos estudados. Pode-se observar o fato na utilização de tensão normal efetiva elevada (estágio 3), onde se verificou uma maior compressão do solo abaixo da superfície de cisalhamento imposta pelo ensaio, conforme visto na Figura 148. Além disso, para a tensão de consolidação mais baixa (estágio 1,33 kpa), a ruptura ocorreu inclinada, conforme apresentado pela Figura 149, devido à maior cimentação do solo segundo Higashi (2006). Este mesmo autor utilizou

166 166 placas metálicas diferentes das usadas anteriormente que apresentavam "garras mais finas e dispostas de maneira diferente" para a execução dos ensaios. Figura 148: Compressão da parte inferior da amostra Figura 149:Ruptura inclinada do corpo de prova

167 Borehole Shear Test Ponto 01 inundado e no teor de umidade natural Inundado: Teor de Umidade Natural Foram feitos dois ensaio na região do ponto 01 por conta de heterogeneidades presentes, o que pode ser uma explicação para os dois ensaios derem resultados tão distantes. Outro fator que pode ser levado em conta, é a presença de alta pluviometria antes dos ensaios, alterando a coesão aparente.

168 Ponto 02 inundado e no teor de umidade natural Inundado: Teor de umidade natural A partir do ponto 02, verificou-se maior eficiência nos resultados quando feitos 4 pontos de tensão normal efetiva (20, 40, 60 e 80 kpa). Os valores foram escolhidos de forma a não se afastar dos valores de tensão aplicados no cisalhamento direto (33, 75 e 120 kpa). Em conformidade com o resultado do Cisalhamento Direto, os valores de coesão aparente encontrados por este método também são elevados, e uma vez que o grau de saturação do solo se aproximasse de 100%, a coesão real das partículas diminui bruscamente.

169 Ponto 03 inundado e no teor de umidade natural Inundado: Teor de umidade natural Seguindo com a utilização de 4 pontos, observou-se um decaimento da coesão quando executado no estado inundado, contudo o ângulo no ensaio feito com teor de umidade natural foi menor que o ensaio feito em condições inundadas.

170 Ponto 04 inundado e no teor de umidade natural Inundado: Teor de umidade natural Conforme os gráficos apresentados, tem-se que tanto a coesão quanto o ângulo de atrito do ensaio feito sob condições naturais de umidade são maiores que os encontrados no ensaio inundado, isso devido ao acréscimo de água, na qual elimina a coesão aparente do solo e facilita o movimento entre as partículas.