UTILIZAÇÃO DE PARÂMETROS DE SOLOS NÃO SATURADOS EM ENCOSTAS

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1 UTILIZAÇÃO DE PARÂMETROS DE SOLOS NÃO SATURADOS EM ENCOSTAS Luis Edmundo Prado de Campos (1) Sumário A Cidade de Salvador, como diversas outras cidades localizadas em regiões de topografia acidentada, sofre com deslizamentos de terra no período chuvoso. Por se localizar numa região tropical, apresenta suas encostas com solo na condição não saturada, tendo em muitas vezes, o movimento de terra provocado pela infiltração de água, não necessariamente levando a saturação do terreno. Baseado neste diagnóstico, vem sendo adotado na Cidade de Salvador uma metodologia de análise de estabilidade de talude que leva em consideração os parâmetros não saturados, propiciando a uma redução significativa nos custos dos serviços para estabilização das encostas. São apresentados resultados de ensaios realizados e sua aplicação na análise de estabilidade dos taludes Palavras chaves : Encosta, Estabilidade de Talude, Solo Não Saturado 1 Introdução Na região tropical, onde o intemperismo químico predomina, propicia uma formação de solos residuais de grande espessura, estando o mesmo, na maioria das vezes não saturados. A não saturação induz ao terreno um acréscimo de resistência devido a sucção, sendo essa muitas vezes a responsável pela estabilização da encosta Morgenstern e Matos (1975); Campos (198). Quando a ocupação dessas encostas, pela população urbana, principalmente de baixa renda, ocorre de forma desordenada, retirando a vegetação, fazendo cortes e propiciando a infiltração de água, seja pluviais ou servidas, leva o poder público a ter que recuperar a área, sendo o custo em muitas vezes elevado na implantação das contenções, uma vez que os projetos são realizados utilizando resultados de ensaios em amostras previamente inundadas ou saturadas. Se este fato se alastra com o crescimento das cidades com o êxodo rural, os custos ficam elevados, não permitindo ao poder publico atender a grande demanda de solicitação de contenções em encostas, podendo ocasionar, em caso de deslizamento de terra, um número cada vez maior de vítimas a cada ano. Visando reduzir esse custo para atender um maior número da população que ocupa as áreas 1 Professor Titular de Escola Politécnica da Universidade Federal da Bahía

2 de risco da cidade, foi feito um estudo visando avaliar o mecanismo de ruptura, de diversos taludes na Cidade de Salvador Bahia Brasil, donde se conclui que muitos dos escorregamentos estavam condicionados apenas à saturação do talude, sendo muito pouco provável a possibilidade de ruptura pela elevação do nível de água devido a grande profundidade do mesmo, além da rocha encontrar-se bastante fraturada. Com base nestas observações, foi apresentado ao poder público uma alternativa para melhoria da condição de estabilidade a baixo custo, porém com segurança inferior aos projetos tradicionalmente realizados, passando a agir na proteção das encostas ao invés da contenção das mesmas, permitindo desta forma, reduzir em muito o número de acidentes/mortos diante da possibilidade de realização de obras em uma quantidade maior de localidades da Cidade. Para poder adotar esta solução é necessário entender o mecanismo de instabilização das encostas, bem como os parâmetros de resistência envolvidos e pressão neutra. Mecanismo de instabilização Para identificar o mecanismo de ruptura foi inicialmente realizado um estudo para conhecer as características do subsolo da Cidade do Salvador, uma vez que não existe carta geotécnica. A principal área de ocupação da Cidade esta assente sobre o solo residual proveniente da decomposição da rocha matamórfica de facie granulito, que devido ao grande fenômeno tectônico ocorrido na região, aliado ao clima quente e úmido, propiciou a formação de espesso manto de solo residual. O nível de água, observado em grande parte da cidade, está localizado aproximadamente a 1 metros de profundidade, em média, em relação ao nível da superfície do terreno, geralmente no contato solo /rocha. Com os dados dos deslizamento de terra ocorridos na Cidade obtidos através do órgão de Defesa Civil e dados de chuvas obtidos no Instituto Nacional de Meteorologia, verificou-se grande parte dos deslizamentos (~78 %) ocorrem no período chuvoso (abr-jul), onde chove aproximadamente 6 % da precipitação anual. Tal fato indica a forte correlação da água com a ruptura dos taludes. Em visitas aos locais, observa-se que grandes partes das mesmas são superficiais. Diante da posição do nível de água em relação à superfície de ruptura, conclui-se que é improvável que o mecanismo de ruptura esteja relacionado com a geração de pressão neutra positiva, a menos da existência de uma camada menos permeável superficialmente, fato este pouco provável na Cidade do Salvador. Assim, pode-se concluir que muito dos deslizamentos ocorridos na cidade estão relacionados com a perda de resistência com a infiltração de água no terreno.

3 É importante observar que neste tipo de mecanismo de ruptura, a intensidade da chuva é bem mais importante que a precipitação acumulada em horas. Uma chuva de grande intensidade e curta duração irá causar problemas de inundação, devido à elevada declividade e baixa taxa de infiltração, que uma chuva de baixa intensidade e longa duração, já que grande parte da água irá infiltrar-se. Não só as intensidades da chuva, como também o histórico de chuvas anteriores, são responsáveis pela velocidade de frente de umedecimento. Para verificar a influência da intensidade da chuva e a chuva acumulada com deslizamentos, foi realizado um levantamento junto aos serviços de Metereologia e Defesa Civil, se chegando a seguinte equação, com base no trabalho de Guidicini e Iwasa (1976), apresentada por Elbachá, Campos e Bahia (199): -1,58 I = 1.873,6 A c Sendo: I = intensidade de chuva horária (mm/h); Ac = precipitação acumulada - dias (mm). Esta equação admite que à frente umedecimento atingiu a superfície de ruptura. A equação acima permite prever as possíveis áreas de risco com a continuidade do período chuvoso, permitindo a retirada da população. A melhor forma de análise é a utilização de formulações de infiltração acoplada a método de estabilidade de talude, analisando as diversas posições da frente de umedecimento. 3 Parâmetros de Resistência Diante do estágio atual da determinação de propriedades de resistência ao cisalhamento com controle ou medição de sucção, não é ainda possível sua utilização em aplicações na prática da engenharia geotécnica. Entretanto, a realização de ensaios de cisalhamento direto ou triaxial sem o umedecimento dos corpos de prova pode indicar a contribuição da parcela da sucção na resistência ao cisalhamento do solo. Apesar da precariedade deste procedimento, já que não se tem controle da trajetória de sucção durante o ensaio, gerando contribuições diferentes no decorrer do mesmo, podemos obter parâmetros significativos de resistência para análise de estabilidade. Os resultados de diversos ensaios realizados pelo Laboratório de Geotecnia para os solos de granulito da Cidade de Salvador são apresentados nos gráficos a seguir, sendo também representada a curva de distribuição normal do estudo estatístico dos dados para a condição de corpos de prova na umidade natural. Semelhantes a este procedimento são apresentados os resultados para os corpos de prova previamente inundados ou saturados.

4 Co esão Ap aren te (kp a) Figura 1 Distribuição de coesão na condição natural Angulo de Atrito (º) Figura Distribuição do atrito na condição natural Coesão Efetiva (kpa) Figura 3 Distribuição de coesão na condição saturada Angulo de Atrito (º) Std. Dev = 8,96 Mean = 68 N = 13, Std. Dev = 7,61 Mean = 37 N = 13, Std. Dev = 1,39 Mean = 18 N = 7, Std. Dev =,67 Mean = 9 N = 7, Analisando os gráficos, observa-se a grande dispersão dos resultados, mostrando que a distribuição normal não representa a melhor forma de expressar a média e desvio padrão, tanto para coesão quanto para o ângulo de atrito. A grande dispersão dos valores de coesão e ângulo de atrito, para ensaios na condição de umidade natural, pode está relacionada com os diversos teores de umidade iniciais dos corpos de prova, cujas amostras foram retiradas em diferentes estações climáticas ao longo do ano, fato este que deverá ser analisado na avaliação de segurança. Já para a amostra inundada ou saturada a distribuição normal se manifestou significativamente para o angulo de atrito, não acontecendo o mesmo com o valor da coesão. Analisando os valores médios, observa-se uma grande perda de resistência com a inundação/saturação, principalmente na parcela de coesão. Vale salientar que, em muitos dos ensaios, o comportamento dos corpos de prova realizados na condição natural apresentaram curvas de tensão deformação típicas de solos préadensados, enquanto que para a condição inundada/saturada o comportamento foi tipo de solos normalmente adensando, indicando um pré-adensamento pela sucção perdido com o umedecimento. Figura Distribuição do atrito na condição saturada

5 indica que não ocorrerá ruptura do talude Verificação da Estabilidade As análises de estabilidade são realizadas considerando a geometria do terreno, parâmetros de resistência obtidos de amostras previamente inundadas/saturadas, pressão neutra nula e método de estabilidade de Bishop simplificado. Este procedimento tem levado a conclusão da instabilidade de algumas áreas onde os taludes apresentam-se aparentemente estáveis, implicando na adoção de contenções de alto custo. A justificativa da condição de estabilidade destes taludes está na condição de campo de não saturação, sendo a parcela de sucção responsável por este valor. Para proceder à análise, levando em consideração a parcela de sucção, as mesmas são realizadas utilizando os parâmetros obtidos dos ensaios realizados em corpos de prova na umidade natural, justificando a condição de estabilidade observado no campo. Baseado nestas análises e observações de campo, sugere-se que estas duas análises sejam realizadas (condição natural e saturada), adotando-se os seguintes critérios: 1. Análise na condição saturada com fator de segurança superior a 1,5, indica talude estável não necessitando de intervenção;. Análise na condição saturada com fator de segurança inferior 1,5, porém superior a 1, caso haja a saturação do mesmo, porém não oferece segurança. Quando o fator de segurança para a condição na umidade natural for superior a 1,6, pode ser mantida a geometria, desde que sejam realizadas medidas para evitar a infiltração de água; 3. Análise na condição saturada com fator de segurança inferior a 1 indica que se houver saturação ou até mesmo determinado nível de umedecimento haverá deslizamento, onde a adoção de medida deve ser realizada com muita cautela. Para proceder à análise na condição natural é de fundamental importância, saber em que épocas do ano foram coletadas as amostras. Se as mesmas foram coletadas na época do final da estação seca, os valores dos parâmetros de resistência estarão superestimados e ao contrário, se for coletada no final da estação chuvosa. Para esta condição, desde que o fator de segurança não seja inferior a,8, a solução anterior pode ser adotada desde que a coleta da amostra não tenha sido realizada numa época muito seca, e o fator de segurança para a condição natural seja superior a 1,6;. Análise na condição saturada com fator de segurança menor que,8 é prudente a adoção de modificação na geometria ou realização de contenção, podendo ser adotada uma solução similar as condições e

6 3 desde que uma nova análise de estabilidade esteja dentro dos fatores de segurança informados. 5 Proposta de Estabilização Para as condições e 3, a solução que se tem adotado para a estabilização da área é de mudança de filosofia da execução de contenção e partir para uma solução de evitar a infiltração de água, permanecendo o talude na condição natural. Este tipo de solução reduz consideravelmente os custos das intervenções, permitindo desta forma realizar um maior número e atender a uma parte significativa da população de baixa renda. Para estabilização da área tem-se recomendado proteção superficial do talude com argamassa projetada ou vegetação, aliada a um bom sistema de drenagem superficial. Devem ser tomadas medidas para implantação de sistema de esgotamento sanitário, eliminando fossa na área. Também deve ser evitado o plantio de vegetação que propicie maior contribuição de água para o terreno, como é o caso da bananeira. 6 Conclusões A adoção desta opção de análise e solução faz com que haja uma mudança de filosofia no projeto, deixando de imaginar solução de contenção passando a pensar em proteção; dando grande importância as obras de drenagem e revestimento, tendo consciência de que a solução proposta tem menor segurança em relação aos projetos tradicionais, porém com possibilidade de realização das obras para um número maior de comunidades principalmente, a de baixa renda. O entendimento deste mecanismo de ruptura, condicionado pelo avanço da frente de umedecimento, faz com que muitos dos conceitos para solos saturados sejam revistos na estabilização de taludes, uma vez que um talude mais íngreme pode apresentar maior fator de segurança devido a menor parcela de infiltração. Também a adoção de bermas, que nos taludes saturados visa reduzir declividade, neste caso pode ser um ponto maior de infiltração e conseqüentemente, redução da estabilidade. Apesar do grande número de áreas em que este tipo de soluções foi implantada com sucesso, merece ser feito um estudo mais detalhado das condições das tubulações enterradas, uma vez que estas podem condicionar a ruptura, caso haja vazamento. Referência Bibliográfica Elbachá, A. T.; Campos, L. E. P. e Bahia, R. F. C., 199, Tentativa de correlação entre precipitação e deslizamentos na Cidade de Salvador, I Conferência Brasileira sobre

7 Estabilidade de Encostas, Rio de Janeiro, vol. III, pp Campos, L. E. P., 198, Influência da sucção na estabilidade de taludes naturais em solos residuais, Dissertação de Mestrado, Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro. Morgenstern, N. R. e Matos, M. M., 1975, Stability of slopes in residual soils, V Panamerican Conference on Soil Mechanichs and Foundation Engineering, Buenos Aires, vol. III, pp