SOLUÇÕES TRADICIONAIS E EXPERIÊNCIAS RECENTES EM CONTENÇÃO DE ENCOSTAS NA GEO-RIO

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1 SOLUÇÕES TRADICIONAIS E EXPERIÊNCIAS RECENTES EM CONTENÇÃO DE ENCOSTAS NA GEO-RIO Helio G. de Brito Filho Fundação Instituto de Geotécnica - GEORIO Luiz Otávio Martins Vieira Fundação Instituto de Geotécnica - GEORIO Resumo: Este trabalho apresenta algumas considerações sobre a evolução das técnicas de contenção de encostas praticadas pela Prefeitura do Rio de Janeiro GEO-RIO em mais de 40 anos de existência. Foram pesquisados os tipos de intervenções utilizadas desde sua criação em 1966 até os dias atuais. São comentadas as soluções e novos materiais que podem ser considerados decisivos na evolução das obras de contenção. São descritos dois casos recentes de estabilização de taludes rochosos fraturados. Abstract: This paper presents considerations about retentions and stabilization techniques usually adopted by Prefeitura do Rio de Janeiro over 40 years of existence. It has been researched various methods of retaining used since GEO-RIO creation in 1966 until these days. Some methods and new material could be considered important and decisive in retaining works. Two recent rock jointed slope stabilization cases are described. 1. INTRODUÇÃO A Fundação GEORIO é um órgão subordinado a Secretaria Municipal de Obras Públicas da Prefeitura Municipal do Rio de Janeiro. Foi criada em 1966 após chuvas intensas e catastróficas que atingiram o então estado da Guanabara e provocaram graves e inúmeros deslizamentos. Desde sua criação foram desenvolvidos trabalhos pioneiros em contenção de encostas em locais de difícil acesso contando com a colaboração das empresas executoras que se especializaram neste tipo de serviço e das Universidades em pesquisas. Neste trabalho não abordaremos as causas dos acidentes, os aspectos morfológicos, hidrológicos e as condicionantes geológicas específicas de cada situação, o que já foi objeto de muitos trabalhos e artigos, mas pretende-se fazer apenas uma breve retrospectiva dos tipos de solução de engenharia utilizadas e sua evolução ao longo de mais de 40 anos de existência. Serão apresentados dois casos recentes de aplicação de estabillização de maciços rochosos. 2. CARACTERÍSTICAS DOS DESLIZAMENTOS E INTERVENÇÕES Apresentam-se a seguir as principais formas de deslizamentos e as respectivas medidas de prevenção e correção julgadas adequadas e adotadas de maneira geral. Tabela 1 Formas de deslizamentos Medidas preventivas e corretivas. (Geothecnical Engineering Investigation Roy E. Hunt tabela modificada) Tipos de deslizamentos Prevenção em Situações de risco Medidas corretivas Quedas de rocha Proteção contra a erosão na base; Desmonte a frio ou fogo, controlado; Fixação Chumbadores, ancoragens, cabos; Apoios em concreto armado para grandes volumes; Remoção de blocos soltos; Concreto projetado e grampos nas Permitir a queda e remoção de detritos; Fixação Chumbadores, ancoragens, cabos; Apoio de concreto armado; Remoção de blocos soltos; Prover áreas para impacto, muros e barreiras para impacto rígidas ou

2 partes alteradas; flexíveis. Utilização de redes de aço e grampos. Quedas em solo Proteção contra a erosão na base; Contenção Planar em rocha Rotacional em rocha Detritos, planar (debris) Rotacional em solo Ruptura por desconfinamento lateral Avalanche de detritos Fluxos Pequeno volume remoção ou chumbamento; Volume moderado Prover inclinação estável ou chumbamento; Grande volume drenagem interna ou relocação para prevenir Prover inclinação estável e sistema de drenagem superficial; Instalar drenagem interna; Prover inclinação e controle da drenagem superficial; Retenção para pequenos e moderados volumes com barreiras rígidas ou flexíveis; Grandes volumes: relocação Prover inclinação estável e controle da drenagem superficial; Pequena escala: contenção; Grande escala: Evitar e relocar, prevenção difícil; Previsão e prevenção difíceis; Tratar como deslizamento de detritos; Evitar áreas de alto risco. Previsão e prevenção difíceis; Evitar áreas suscetíveis. Permite o deslizamento, limpeza dos detritos; Remoção para uma inclinação estável ou chumbamento Remoção para inclinação estável; Prover drenagem superficial; Instalar drenos profundos; Contenção com ancoragens, tela de alta resistência e/ou grampos. Permitir o deslizamento e remover; Usar as medidas preventivas; Permitir o deslizamento, remover detritos; Remoção para uma inclinação estável, prover sistema de drenagem superficial, interno e/ou contenção. Em larga escala: evitar Relocar; Pequena escala: remover ou conter com estruturas flexíveis. Pequena escala: remover ou conter com estruturas flexíveis e drenagem; Grande escala: relocar. 3. CARACTERÍSTICAS DAS ESTRUTURAS DE CONTENÇÃO características das estruturas de contenção utilizadas com observações destacando aspectos julgados relevantes. A tabela a seguir apresenta as principais Tabela 2 Características de Estruturas de Contenção TIPO DESCRIÇÃO COMENTÁRIOS Enrrocamento Fragmentos rochosos não degradáveis com 50% entre 30 e 100 cm. A graduação dos fragmentos é importante para a drenagem. Gabiões Solo armado Solo reforçado Concreto ciclópico Caixas de arame galvanizado, preenchido com pedras de mão entre 10 e 15 cm. As estruturas são montadas com as caixas. Aterro compactado selecionado reforçado com tiras de aço galvanizadas. Aterro compactado selecionado reforçado com: geossintéticos: Geogrelhas, geomalhas, mantas. Massa de concreto e pedras de mão. Pode ser também reforçado com armadura leve. Necessita de espaço para construção. Necessita de transição filtrante para a drenagem Alturas típicas de 2m a 8m. Drenagem em camadas horizontais no aterro e junto à face.boa tolerância a recalques diferenciais. Necessita espaço para construção. Alturas típicas de 2 a 18 m. Geralmente utilizam face com elementos de concreto armado pre-moldados ou de outro material. Drenagem no tardoz. Necessita de grandes escavações. Alturas típicas de 1m a 4m; acima é pouco econômico, principalmente

3 Concreto armado em forma de L Cortinas ancoradas Contrafortes Vigas em forma de grelha Muretas chumbadas na rocha Telas metálicas Colunas de solo-cimento Jet-grountig Estacas raiz Solo grampeado Estruturas para impacto Paredes de estacas hélice contínua ou raiz Paredes diafragmas Em concreto armado podendo ter contrafortes. O peso do solo agindo na base aumenta a resistência. A fundação pode ter estacas. Estrutura delgada, entre 20 e 40 cm, em concreto armado e mais flexível do que os muros. Utiliza tirantes protendidos de aço, instalados no terreno. Em concreto armado. Com barras de aço (chumbadores) e com ancoragens protendidas ou não. Em concreto armado com ancoragens protendidas. Em concreto armado com barras de aço (chumbadores) na base com ou sem ancoragens. Telas de aço de alta resistência, associadas a grampos ou ancoragens. Colunas de solo-cimento moldadas in situ com diâmetros ente 70 e 300 cm, dependendo do terreno. Utilização das estacas com diâmetro entre 10 e 20 cm, em forma de reticulado e solidarizadas a viga de concreto armado. Estruturas moldadas in situ com concreto projetado, com espessura entre 6 cm e 12 cm e grampos passivos. Barreiras constituídas de redes de aço e perfis metálicos. Recentemente são utilizados aços de alta resistência em forma de malha constituída de anéis estando associados a postes metálicos, cabos de aço e ancoragens. Moldadas in situ, secantes, com diâmetro entre 20 e 40 cm. Associadas ou não com ancoragens. Em concreto armado com escavação para concretagem in situ, escavação da cava e atirantamento. em locais de difícil acesso.os reforçados podem ter maiores alturas. Bastante utilizados. Drenagem horizontal no aterro e na face. Alturas típicas de 2m a 5m. Quando com contrafortes, as alturas podem ser de 5m a 10 m. Processo executivo especial: descendente e ascendente em nichos. Alta capacidade de carga. Adapta-se variadas geometrias Alturas da ordem de 5m de 4 a 25 m. Utilizam drenos simples e profundos. Podem ser associadas a estacas raiz para fundação. Utilizados para apoio de blocos rochosos. Adaptáveis às condições da face do maciço rochoso. Alturas entre 2m e 20 m. Para estabilização de maciços rochosos fraturados. Adaptam-se à face rochosa. Para estabilização de capas de solo ou rocha muito alterada sobre rocha sã. Para aplicação na face de taludes rochosos fraturados, ou em solo com associação de geomanta. Alto consumo de cimento. Equipamento especial de injeção a altas pressões. Grande numero de estacas raiz. Bastante adaptável, não utiliza formas, rapidez executiva e custo menor do que as cortinas ancoradas. Alturas compatíveis com as cortinas ou maiores. Podem ser dimensionadas para vários níveis de energia de impacto. De simples execução. Moderna solução contra impactos e avalanches. Alturas típicas entre 1,5 a 6 m. O processo executivo permite a sua utilização com rapidez e de forma segura. Evitam deslocamentos significativos. Escavação com maquinas de grande porte. Utilização de lama bentonítica. Utilizada geralmente para cavas onde os deslocamentos devem ser muito pequenos. 4. CONSIDERAÇÕES QUANTO À EVOLUÇÃO DAS OBRAS DE ESTABILIZAÇÃO DE ENCOSTAS. Pode-se observar que as soluções de contenção utilizadas desde 1968 permaneceram conceitualmente inalteradas, podendo ser observadas hoje, as mesmas soluções empregadas a mais de 40 anos, obviamente variando a geometria e o grau de dificuldade executiva devido ao acesso, em cada situação. Observa-se, entretanto, que a evolução se deu principalmente no tocante aos materiais utilizados e equipamentos. Os tirantes de aço utilizados nas décadas de 60 e 70, tipo mono barra, tinham diâmetro de 7/8, 1, 1 1/4, AÇO CA 50 A, para cargas de trabalho de 75KN, 100KN e 160KN, com o inconveniente de haver perda de seção de aço, pela execução da rosca para emendas e acoplamento das porcas de aperto,

4 expondo o trecho da barra a maior susceptibilidade a corrosão. A evolução surgiu, no início da década de 1980 quando apareceram tirantes com rosca impressa em toda a sua extensão, portanto não necessitando de abertura de rosca, facilitando a emenda das barras e com cargas de trabalho de 200KN e 350KN (GEWI e DYWIDAG). Atualmente existe tirantes mono barra, com rosca contínua impressa a frio, para cargas trabalho de 130KN a 1000KN. Quanto à resistência do concreto utilizado nas obras de contenção, houve também uma melhoria, quando no passado eram utilizados concretos com resistência característica de fck= 15MPa e 18MPa e atualmente são utilizados, nas obras comuns, concretos com fck= 25MPa. A técnica de solo grampeado com grampos e concreto projetado sobre tela metálica comum constituiu também um marco na contenção de encostas, tendo surgido na GEORIO em 1992 em caráter experimental no Morro da Formiga e a primeira obra realizada em 1996, na AV. Automóvel Club, no subúrbio do Rio de Janeiro. Desde então, este tipo de solução tem sido bastante empregada com sucesso, trazendo vantagens de custo e rapidez. No tocante a estabilização de taludes rochosos aparece no Brasil em 2002, o sistema de estabilização com malhas de aço de alta resistência associadas a grampos e placas especiais de aço (Sistema TECCO Geobrugg) que vem permitir o tratamento de faces rochosas com risco de desprendimento, especialmente problemático em áreas urbanas e onde se pretende preservar o aspecto paisagístico. A solução de revestimento do talude rochoso com malha de aço não é nova, entretanto a melhoria na resistência do aço do arame da malha, com cerca de 1800N/mm2 e a abordagem utilizada pelo conceito do software RUVOLUM no dimensionamento da malha e na distribuição dos grampos, constituem em elementos bastante úteis para as avaliações iniciais do projeto. Pela nossa experiência, nas obras de tratamento de frentes rochosas, adaptações nos projetos são sempre necessárias e sua avaliação é possível somente após a execução dos acessos a cada trecho da intervenção. A GEORIO foi pioneira no Brasil no tratamento de talude rochoso utilizando o sistema TECCO sendo uma nova experiência neste tipo de solução, com duas obras projetadas e acompanhadas pela GEORIO. A primeira obra foi feita em 2005 para na estabilização do talude rochoso no Parque da Pedra da Cebola em Vitória, ES, em função do convênio técnico entre as Prefeituras de Vitória e do Rio de Janeiro. A segunda, iniciada no final de 2007 e término no final de 2008, consistiu no tratamento dos taludes do corte rochoso da Rua Pinheiro Machado no bairro de Laranjeiras no Rio de Janeiro. 5. FOTOS ANTIGAS E RECENTES DE OBRAS DE CONTENÇÃO TÍPICAS EM ENCOSTAS. Figura 01 Vigas e contrafortes em concreto armado, com chumbadores Av. São Sebastião, RJ Figura 02 Vigas e contrafortes em concreto armado, com chumbadores Av. São Sebastião, RJ Figura 03 Cortina com ancoragens protendidas Rua Paranaguá, RJ 1968.

5 Figura 04 Cortinas ancoradas Estrada Grajaú Jacarepaguá, RJ Figura 08 Muro chumbado e vigas ancoradas no emboque (1986) e obras recentes com cortina ancorada para recuperação (2007) Emboque sul do túnel Rebouças, RJ Figura 05 Solo grampeado Av. Leitão da Silva, Vitória, ES Figura 09 Vista geral do emboque com obras antigas e recentes Emboque sul do túnel Rebouças, RJ Figura 06 Solo grampeado e cortinas ancoradas Rua Loureiro Nunes, Vitória, ES Figura 10 Tela de alta resistência (TECCO) fixada com grampos, em solo, sobre geomanta (Tecmat 400) para estabilização e controle de erosão Horto Municipal, Vitória, ES ESTABILIZAÇÃO DO MACIÇO ROCHOSO DO PARQUE DA PEDRA DA CEBOLA, VITÓRIA, ES. Figura 07 Muro chumbado atingido por deslizamento de solo Emboque sul do túnel Rebouças, RJ 24/10/07. O Parque da Pedra da Cebola é uma área pública de lazer, com m2, urbanizada pela Prefeitura de Vitória, que incluiu serviços de drenagem, pavimentação e iluminação das vias. Possui campos

6 de futebol, áreas de lazer e ciclovia com 1200 m de extensão. à escarpa (150SV); Foram observadas espessuras de lascas variáveis e de até 1,2 m. SITUAÇÃO DO TALUDE E PRIORIDADES DE EXECUÇÃO B C B A C Figura11 Detalhe das lascas na face do talude com destaque para região do topo. Figura 13 Situação do talude Figura 12 Vista geral notando-se as fraturas subverticais. Fases básicas do projeto: Levantamento topográfico; levantamento e inspeção geológica; avaliação de áreas prioritárias e críticas; dimensionamento do espaçamento entre grampos estimado pelo software Ruvolum, utilizando-se as características geométricas e geomecânicas das lascas e considerando o grampo de aço SAE 1045, diâmetro de 30 mm, com rosca contínua impressa a frio. Aspectos geológicos: O talude rochoso é proveniente de antiga pedreira; O levantamento geológico foi feito pela descida com corda no talude, nos trechos mais fraturados para a verificação - de descontinuidades desfavoráveis à estabilidade, da ocorrência de blocos e lascas potencialmente instáveis e dimensões; foi observado o baixo grau de alteração e fraturamento; presença de 5 sistemas de fraturas com as direções: 210/SV (sub vertical), 110/160, 340/SV, 300/670 e 150SV; Tais descontinuidades não influenciam a estabilidade do talude, entretanto as situações de risco se devem aos efeitos de explosivos utilizados na época da exploração da pedreira, combinados com a fratura subvertical aproximadamente paralela Figura 14 - Projeto: Análise paramétrica espessura da lasca, inclinação do talude e espaçamento de grampos Figura 15 - Esquema típico da estabilização

7 Figura 18 Lasca rochosa após a estabilização com grampos e malha de aço. Figura 16 Vista frontal do talude e seção típica. Aspectos executivos: Estabilização de grande lasca rochosa situada na crista da encosta, afastada do maciço de até 0,20m com cerca de 4 m de altura, até 5,0m de largura e espessura de até 1,0m. Outras lascas destacadas do maciço também foram observadas abaixo da lasca maior. Por risco de queda durante o processo de perfuração para instalação dos grampos, inicialmente foram instalados grampos acima e no entorno da lasca, instalados cabos de aço provisórios, colocada a malha de aço e então colocados grampos adicionais na face da lasca, completando o trabalho de estabilização; A obra foi realizada entre os meses de agosto e novembro de 2005 e nesta fase foi feito o tratamento, com o sistema TECCO, em uma área de talude de aproximadamente 900 m2, sendo utilizados cerca 100 grampos, com comprimento unitário da ordem de 3 m. Figura 19 Detalhe da malha, placa e grampo de aço. Figura 20 Aspecto geral do talude após tratamento fevereiro/ ESTABILIZAÇÃO DO MACIÇO ROCHOSO NA RUA PINHEIRO MACHADO, RIO DE JANEIRO. Figura 17 Detalhe da lasca rochosa Trata-se de corte rochoso no Bairro de Laranjeiras, RJ, executado inicialmente em 1914 tendo sido alargado no início das décadas de 1950 e 1960 para complemento do eixo viário entre o centro e a Zona Sul, com a abertura do Túnel Santa Bárbara; Aspectos gerais: A Prefeitura do Rio de Janeiro desenvolveu estudos nos taludes rochosos visando propiciar o conhecimento das situações de risco e do estado das obras de contenção existentes; Foram

8 feitos levantamentos topográficos e geológicos, quando foram contratados alpinistas que nos meses de Nov/dez 2002 procederam ao levantamento in situ, supervisionado pelos técnicos da GEORIO; O relatório geológico apresentou uma descrição detalhada das situações de risco com a indicação quanto ao desprendimento de partes do maciço avaliando as espessuras e volumes de lascas potencialmente instáveis. Vários blocos com volume decimétrico com risco de queda iminente foram removidos; Cabe ressaltar o estado de corrosão de elementos de aço existentes das obras antigas (chumbadores e tirantes) propiciado pela ação do tempo, falta de proteção anticorrosiva adequada e proximidade do mar. Concepções das soluções de estabilização: Grupo 1 - Tratamento localizado das feições geológicas específicas e de maior porte: grandes lascas, topo dos taludes com rocha mais alterada, solo e vegetação; Grupo 2 Recuperação de obras existentes principalmente no talude a jusante da Universidade Santa Úrsula: muros, vigas e contrafortes; Grupo 3 De maior abrangência, consiste na colocação de tela de aço de alta resistência em toda a face rochosa. Avaliações preliminares para a execução da obra. estabilização superficial ou profunda em função do levantamento geológico: Basicamente a espessura máxima das lascas é de 0,65m e a inclinação característica da encosta varia entre 80 0 e 85 0 com a horizontal. Ancoragens mais profundas serão necessárias em pontos específicos devendo ser confirmadas in situ com a execução dos andaimes e acessos; Estabelecimento de provas de capacidade de carga para o sistema de proteção e para os materiais componentes: O fornecedor deverá apresentar os certificados de garantia, quanto à resistência e durabilidade dos materiais; Conceito para a execução da obra, definição de etapas de construção e de inspeção: Execução de obra em via urbana com utilização permanente, onde a segurança é fundamental. As etapas construtivas basicamente são: Execução de andaimes, plataformas de proteção e redes provisórias de proteção; remoção manual de partes soltas; execução de perfurações para a instalação de grampos e ancoragens; fixação dos grampos com resina epoxi; colocação da malha de aço; colocação das placas especiais e cabos de aço no topo; execução de vigas de concreto armado no topo, em função de camada instável de solo e detritos. Quanto às soluções: Consistiu inicialmente na limpeza superficial da encosta e remoção com ferramentas manuais, partes soltas; Após esta inspeção pode-se avaliar os tipos de soluções adequadas a serem adotadas vigas chumbadas no topo, em função da camada de solo e detritos; ancoragens isoladas em blocos ou lascas rochosas de maiores dimensões e recuperação de estruturas existentes; colocação de malha de aço de alta resistência associadas a grampos de aço, em toda a face dos taludes. Avaliação do projeto em função da sua viabilidade executiva, segurança e aparência da paisagem: Com a execução de andaimes, plataformas de proteção, acessos e redes apara lixo há a viabilidade da obra com a segurança necessária. A aplicação do sistema com malha de aço fixada com grampos ocasiona pouca alteração no aspecto da superfície rochosa, permitindo o desenvolvimento de alguma vegetação; Quanto às dimensões do tratamento generalizado com malha de aço: Com base em levantamento topográfico e considerando-se que o tratamento cubra toda a superfície do talude, desde o topo até cerca de 3m acima da cota do passeio, a área estimada é da ordem de 6000 m2; Quanto às características específicas dos projetos para o dimensionamento inicial, necessidade de Universidade Santa Ursula Figura 21 Localização. Palácio Guanabara Consulado da Alemanha

9 H = 43 m L = 90 m Instabilidades Solo residual H = 46 m L = 163 m gnaisse Figura 25 Recuperação de estruturas antigas e colocação de grampos e malha de aço TECCO. Figura 22 - Levantamento geológico - Esquema resumo do levantamento com a indicação de instabilidades localizadas Lado Consulado da Alemanha. Figura 26 Vista do alto onde se observa o trecho em obra e a situação de estabilidade precária de blocos rochosos e solo no topo. Figura 23 Aspecto geral do talude rochoso, com andaimes lado Palácio Guanabara março/2008. Figura 27 Detalhe de trecho de rocha muito fraturada e aplicação de grampos e malha de aço. Figura 24 Destaca a formação de blocos e lascas na porção lateral do corte. No topo existem obras antigas que foram recuperadas e foram necessárias novas intervenções tais como vigas chumbadas e tirantes isolados. Figura 28 Distribuição dos grampos de fixação da malha de aço, em forma de losango.

10 Figura 29 Vista do alto e em primeiro plano, o topo do talude do Consulado da Alemanha. 8. CONCLUSÕES Embora em muitas situações as concepções de solução de estabilização utilizadas na GEORIO permaneçam as mesmas, acreditamos que são, entretanto, na maioria dos casos, as únicas possíveis e com maior probabilidade de sucesso, considerando os aspectos executivos e de segurança durante a construção; Houve evolução quanto aos materiais empregados acarretando o aumento da segurança e da durabilidade das obras; A técnica de solo grampeado foi um avanço significativo e possibilitou a substituição da cortina ancorada em muitas situações com vantagens quanto ao prazo de construção e custo; Quanto à estabilização de taludes rochosos alterados e/ou fraturados, o aparecimento de malhas de aço de alta resistência fixadas com grampos e placas, associadas ao conceito de distribuição de grampos, possibilitou aumentar a segurança destes maciços, evitando a aplicação do concreto projetado ou a execução de estruturas de concreto armado, permitindo a drenagem natural através das fraturas e possibilitando o desenvolvimento de vegetação. 9. REFERÊNCIAS 9.1. Hunt, Roy E.- Geothecnical Engineering Investigation Handbook - 2nd edition, Manual Técnico de Encostas GEORIO - 4 volumes International Symposium on Landslides Steep rock slopes analyses at Pinheiro Machado Street - L.J.R.O. Brandão da Silva e C. Amaral.