Caracterização do Maciço Rochoso onde será Assente os Pilones da Ponte Estaiada da Linha 4 do Metrô Rio

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1 Rock Mechanics for Natural Resources and Infrastructure ISRM Specialized Conference September, Goiania, Brazil CBMR/ABMS and ISRM, 2014 Caracterização do Maciço Rochoso onde será Assente os Pilones da Ponte Estaiada da Linha 4 do Metrô Rio José Tavares Araruna Júnior Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro, Brasil, araruna@puc-rio.br Patrício José Moreira Pires Universidade Federal do Espírito Santo, Vitória, Brasil, patricio.pires@gmail.com Carla Caroline Allessi Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro, Brasil, carla.caroline@gmail.com Camyla Margarete Magalhães de Oliveira Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro, Brasil, camyla@gmail.com RESUMO: O presente trabalho apresenta e discute os resultados da campanha de investigação geofísica realizada na área que compõe a Linha 4 do Metrô da Cidade do Rio de Janeiro. O levantamento foi realizado próximo ao emboque do túnel na Barrinha, na Estrada da Barra da Tijuca entre as Pontes Nova e Velha, e almejou a verificar a integridade do maciço rochoso onde serão apoiados os elementos de fundação do pilone da ponte que ligará o emboque do túnel a estação do metrô do Jardim Oceânico. O levantamento geofísico foi executado empregando um radar de penetração (gpr) da marca Malå Geoscience, modelo Ramac, acoplado a uma antena todo terreno (RTA s) de 100MHz de frequência central. A fim de auxiliar a interpretação dos levantamentos geofísicos, foi elaborado um modelo geológico, através do pacote computacional RockWorks15, com base nos dados constantes nos boletins de 14 sondagens. Os resultados da investigação geofísica realizada na área onde será locada a fundação do pilone da ponte sobre o canal da Barra, empregando uma antena de 100MHz de frequência central e em profundidades de até 13m, apresentaram regiões com blocos de rocha imersos na massa de solo. Constatou-se ainda a presença de juntas de alívio. Verificou-se também que as faces dessas juntas não apresentam intemperização. PALAVRAS-CHAVE: geofísica, modelagem geológica, integridade de maciço rochoso. 1 INTRODUÇÃO O Metrô do Rio Janeiro está a expandir a sua malha viária no intuito de interligar a Zona Sul a Barra da Tijuca. O trajeto, com 16km de extensão, conectará a Estação General Osório localizada em Ipanema à Estação Jardim Oceânico, a primeira localizada na Barra da Tijuca e na Zona Oeste da Cidade, passando pelos Bairros Leblon, Gávea e São Conrado. As obras tiveram início em março de 2010 e incluem um túnel de 5km de extensão entre São Conrado e o Jardim Oceânico na Barra da Tijuca. A ligação entre o emboque deste túnel com a Estação Jardim Oceânico dar-se-á por intermédio de uma ponte estaiada cujo pilone será engastado em um maciço gnáissico. A Figura 1 apresenta a concepção artística da ponte que cruzará a Lagoa da Tijuca. O presente trabalho apresenta e discute os resultados da campanha de investigação geofísica realizada próxima ao emboque do túnel na Barrinha, na Estrada da Barra da Tijuca entre as Pontes Nova e Velha. O levantamento almejou a verificar a integridade do maciço rochoso onde serão apoiados os elementos de fundação do pilone da ponte.

2 Araruna Jr. et al., 2002). A escolha da antena varia de acordo com a profundidade a ser analisada sendo que quanto maior a frequência da antena menor será a penetração do sinal no meio poroso ou fraturado. Figura 1. Concepção artística da ponte estaiada O levantamento geofísico foi executado empregando um radar de penetração (gpr) e a fim de auxiliar a interpretação dos levantamentos geofísicos, foi elaborado um modelo geológico com base nos dados constantes nos boletins das sondagens realizadas no entorno. 2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA O radar de penetração (gpr) é um método geofísico que sofreu um crescente desenvolvimento de teoria, técnica e aplicações nas últimas duas décadas (Jol, 2009). O gpr é um método geofísico não destrutivo que é fundamentado na propagação e reflexão de ondas eletromagnéticas (Annan, 1996). As sondagens geofísicas são realizadas através da movimentação das antenas transmissoras e receptoras ao longo de um perfil a ser analisado (Annan, 2003). A antena transmissora emite pulsos eletromagnéticos na superfície e a antena receptora registra os sinais refletidos na interface entre os diferentes materiais que apresentam propriedades eletromagnéticas distintas (i.e., permissividade dielétrica, condutividade elétrica e permeabilidade magnética). Através dos dados coletados podem-se deduzir informações importantes do subsolo, incluindo a presença de estruturas enterradas (e.g., tubulações e elementos de fundação), determinação do nível de água; delimitação de camadas estratigráficas, profundidade e integridade de maciços rochosos (Pires e Araruna Jr., 2011; Araruna Jr. et al., 2007; Souza et al., 2006a; Souza et al., 2006b e 3 MATERIAIS E MÉTODOS 3.1 Modelagem Geológica A modelagem geológica foi realizada através do emprego do pacote computacional RockWorks versão 15. Empregou-se a Inverso da distância para interpolar os resultados contidos em 14 boletins de sondagem (i.e., 4 sondagens rotativas e 10 sondagens mistas) realizadas no entorno onde será construído o pilone da ponte estaiada. 3.2 Levantamento Geofísico O levantamento geofísico foi executado empregando um radar de penetração (gpr) da marca Malå Geoscience, modelo Ramac. O equipamento, visto na Figura 2, consiste de uma unidade de aquisição e controle instalada em uma mochila, vista na Figura 3, onde os sinais das ondas eletromagnéticas, emitidos e recebidos, são transferidos para um monitor acoplado a mochila (vide Figura 2). Através do monitor é possível visualizar os sinais eletromagnéticos e o seu armazenamento em meio digital. No levantamento foi utilizada uma antena de 100MHz de frequência central. antena RTA de 100Mhz monitor odômetro Figura 2. GPR Malå empregado no levantamento

3 antena RTA de 100MHz Figura 3. Unidade de aquisição e controle do GPR Malå O posicionamento da antenas foi realizado através de um odômetro, visto na Figura 2, que transmite os sinais eletromagnéticos à unidade de aquisição e controle, com isso é possível posicionar o local onde há possíveis interferências relacionadas ao maciço rochoso. Os dados adquiridos foram processados utilizando-se o programa RadExplorer. Todos os radargramas obtidos foram processados utilizando-se os mesmos recursos de processamento. Primeiramente, corrigiu-se o atraso da onda direta para a posição zero utilizando o filtro Time Zero Adjustment, para depois empregar os filtros: Amplitude Correction e Bandpass Filtering. Os parâmetros utilizados nos processamentos dos dados da área nos limites entre terrenos foram: Velocidade de propagação da onda: 110m/µs Janela de aquisição: 265,1ns Intervalo entre traços 0,150m Determinação da velocidade da onda no meio por correlação com hipérboles padrões do RadExplorer: 15,7cm/ns (velocidade determinada) representa a distribuição estratigráfica/geográfica dos materiais presentes na região de entorno onde serão construídos os elementos de fundação do pilone. Observa-se no modelo estratigráfico uma maior concentração de materiais inconsolidados, seja de origem sedimentares e ou residual, na quase totalidade do modelo. A presenta do maciço rochoso no modelo esta representada e limitada apenas na porção nordeste, conforme por ser observado na Figura 5, onde é observado o tipo litológico biotita gnaisse. A concentração é maior no modelo de materiais inconsolidados devido ao elevado mergulho do maciço rochoso. Na face do maciço onde se encontra o localizado o emboque escavado esse mergulho é da ordem de 75. Com a ajuda das ferramentas geoestatísticas citadas no item 3.1 foi possível gerar o modelo 3D representado na Figura 6. Figura 4. Localização dos furos de sondagem 4 APRESENTAÇÃO E DISCUSSÃO DOS RESULTADOS 4.1 Modelagem Geológica A Figura 4 apresenta a localização dos 14 furos de sondagem cujas informações foram empregadas na confecção do modelo geológico. A partir destas informações foi possível confeccionar o diagrama visto na Figura 5 que Figura 5. Furos de sondagem

4 Figura 6. Modelo geológico do terreno 4.2 Levantamento Geofísico O levantamento geofísico foi realizado durante a madrugada a fim de minimizar os ruídos ambientais decorrentes da construção do túnel. Ao todo foram realizadas cinco seções (e.g., 1614, 1617, 1616, 1621 e 1622). A Figura 7 apresenta o levantamento sendo realizado na seção 1614 enquanto que a Figura 8 mostra o levantamento sendo realizado na seção do túnel na direção emboque estação Jd. Oceânico. A Figura 9 apresenta a sua localização enquanto que a Figura 10 apresenta o radargrama a ela associado. Ressalta-se que a partir da distância de 20m do início do radargrama o terreno apresenta um desnível natural, que é coincidente ao ponto onde se encontra o GPR na Figura 7. Como não é possível representar esse desnível no processamento do radargrama a seção é apresentada como se fosse uma seção plana. A representação no radargrama da Área 1 identifica diversos blocos de rocha imersos na massa de solo. Este comportamento é muito semelhante ao observado nos diversos boletins de sondagem fornecidos pelo consórcio construtor, e representado no modelo geológico apresentado na Figura 6. Figura 9. Localização da seção 1614 Figura 7. Levantamento geofísico sendo realizado na área do emboque do túnel Figura 10. Radargrama da seção 1614 Figura 8. Levantamento geofísico sendo realizado na área onde serão locados os blocos intermediários da fundação da ponte A seção 1614 está posicionada no emboque do túnel e foi realizada no sentido longitudinal Os pontos destacados no radargrama da Figura 10 (e.g., 1, 2, 3, 4 e 5) podem estar associados às descontinuidades presentes no maciço rochoso. Essas descontinuidades possivelmente estão relacionadas à presença de

5 juntas de alivio (diáclase). Imagina-se que as faces dessas juntas não se encontram intemperizadas, posto que não se observou atenuação do sinal das ondas eletromagnéticas nesta área. Observaram-se ainda no radargrama ilustrado na Figura 10, áreas com tom de amarelo. Este fato foi constatado na extremidade direita do radargrama (>20m) e pode estar associada à elevada saturação do material de fundação. A Figura 11 apresenta a localização da seção 1617, que foi realizada no sentido transversal ao emboque do túnel. O radargrama a ela associado encontra-se ilustrado na Figura 12. do túnel e foi realizada no sentido longitudinal do túnel na direção emboque acesso estação Jd. Oceânico. A Figura 13 apresenta a sua localização enquanto que a Figura 14 apresenta o radargrama a ela associado. Constatou que o meio onde foi levantada a seção 1616 é muito semelhante ao meio da seção Verificou-se ainda a presença de diversos blocos de rocha imersos na massa do aterro. Os pontos destacados no radargrama (e.g., 1, 2, 3, 4 e 5) podem estar associados à presença de descontinuidades no maciço. Essas descontinuidades podem estar relacionadas à juntas de alívio (diáclase). Imagina-se que as faces dessas juntas não se encontram intemperizadas uma vez que não houve atenuação do sinal nesta área. Figura 11. Localização da seção 1617 Figura 13 Localização da seção 1616 Figura 12. Radargrama da seção 1617 Os pontos destacados no radargrama da Figura 12 (e.g., 1, 2, 3 e 4) podem estar associados a descontinuidades presentes no maciço. Essas descontinuidades possivelmente são juntas de alívio. Assim como observado na seção 1614, imagina-se que as faces dessas juntas não estejam intemperizadas. A seção 1616 está posicionada no emboque Figura 14. Radargrama da seção 1616 A seção 1621 está localizada transversalmente ao eixo do túnel, localizada no local dos blocos intermediários para a fundação da ponte, conforme pode ser visto na Figura 15.

6 Figura 15. Localização da seção 1621 O radargrama associado a seção 1621 pode ser visto na Figura 16. Nesta Figura, as descontinuidades 1, 2 e 3 podem estar associadas às juntas de alívio. Já a descontinuidade 4 pode estar associada a uma camada de aterro com aproximadamente 0,50m de espessura. Figura 17. Localização da seção 1622 Figura 18. Radargrama da seção 1622 CONSIDERAÇÕES FINAIS Figura 16. Radargrama da seção 1621 A seção 1622 está localizada transversalmente ao eixo do túnel, e posicionada no local dos blocos intermediários para a fundação da ponte. A Figura 17Figura apresenta a sua localização e o radargrama a ela associado pode ser visto na Figura 18. Na seção 1622 as descontinuidades 1, 2, 3 podem estar associadas às juntas de alívio. Já a descontinuidade 4 pode estar associada a uma camada de aterro com aproximadamente 0,80m de espessura. Os resultados da investigação geofísica realizada na área onde será locada a fundação do pilone da ponte sobre o canal da Barra, empregando uma antena de 100MHz de frequência central e em profundidades de até 13m, apresentaram regiões com blocos de rocha imersos na massa de solo. Constatou-se ainda a presença de juntas de alívio. Imagina-se também que as faces dessas juntas não apresentam intemperização posto que não foram constatadas atenuação de sinal das ondas eletromagnéticas nos radargramas a elas associadas. AGRADECIMENTOS Os autores desejam manifestar os seus agradecimentos ao Consórcio Construtor Rio Barra.

7 REFERÊNCIAS Annan, A.P. (1996). Transmission Dispersion and GPR. Journal of Environmental & Engineering Geophysics, Vol. 0, pp Annan, A.P. (2003). Ground Penetrating Radar: Principles, Procedures and Applications. Sensors & Software Inc. Technical Paper. Araruna Jr., J.T, Nunes, C.O.; Costa, A.; Vargas Jr., E.A. (2002). O Emprego do Radar de Penetração (gpr) na Detecção de Elementos de Fundação. Anais do XII Congresso Brasileiro de Mecânica dos Solos e Engenharia Geotécnica, Vol. 01. p Araruna Jr., J.T, Pires, P.J.M., Pilotto, D. L.; Amaral, C.P. (2007). Considerações Acerca da Empregabilidade do Radar de Penetração (gpr) na Detecção de Elementos enterrados em Áreas Urbanas. Anais do VII Congresso Brasileiro de Geotecnia Ambiental - REGEO2007, Jol, H.M. (2009). Ground Penetrating Radar: Theory and Applications, Elsevier, Amsterdam, The Netherlands, 526 p. Pires, P.J.M. e Araruna Jr., J.T. (2011). The Use of Shallow Geophysics in Borrow Clayey Deposits Surveys in Northeast Brazil. Proceedings of the 12th International Congress of the Brazilian Geophysics Society. Rio de Janeiro. Souza, M.M., Araruna Jr., J.T. e Antunes, F.S. (2006a). Uso do Gpr em Investigações Ambientais. Estudos de Caso: Base de combustíveis - SP e Indústria Mecânica - RJ. Anais do XIII Congresso Brasileiro de Mecânica dos Solos e Engenharia Geotécnica, Vol. 3, p Souza, M.M., Araruna Jr., J.T., Antunes, F.S., Nunes, C.M.F. (2006b). O Uso do Gpr para Detecção de Vazamentos de Água. Estudo de Caso: Parque Gráfico do Jornal O Globo - RJ. Anais do XIV Congresso Brasileiro de Águas Subterrâneas, p