ESTUDO COMPARATIVO DOS PARÂMETROS GEOTÉCNICOS DE DUAS REGIÕES DO SUPERPORTO DO RIO GRANDE

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1 ESTUDO COMPARATIVO DOS PARÂMETROS GEOTÉCNICOS DE DUAS REGIÕES DO SUPERPORTO DO RIO GRANDE Luciano Vasconcelos Rocha Escola de Engenharia PPGEO/FURG, Rio Grande, Brasil, Cláudio Renato Rodrigues Dias Escola de Engenharia PPGEO/FURG, Rio Grande, Brasil, Cezar Augusto Burkert Bastos Escola de Engenharia PPGEO/FURG, Rio Grande, Brasil, RESUMO: Este trabalho tem como objetivo a análise geotécnica das argilas que constituem o solo da região do Super Porto de Rio Grande, comparando dados já existentes com o resultado obtidos neste presente estudo. Os dados que serão confrontados são oriundos de duas regiões importantes para o porto de Rio Grande, que são: a região do TECON, já estudada anteriormente por Dias e Kerstner (2003), e a região em que está em construção o dique seco do Estaleiro Rio Grande. Será dada ênfase na caracterização do solo e na obtenção dos diversos parâmetros necessários para a compreensão do comportamento do solo, conhecimento este de extrema importância para o projeto do dique seco e projetos que venham a ser desenvolvidos neste local. O trabalho mostrou semelhanças no comportamento geral das camadas dos depósitos, mas algumas diferenças na estatigrafia apontam maior compressibilidade dos solos do TECON, mostrando uma tendência de aumento da compressibilidade na direção da linha de praia atual. PALAVRAS-CHAVE: Parâmetros Geotécnicos, Argilas, Ensaios, Solos Sedimentares 1 INTRODUÇÃO Serão mostrados e interpretados, neste trabalho, dados obtidos em ensaios realizados no laboratório de Geotecnia da FURG referentes às amostras de solos retiradas do canteiro de obras do dique seco do Estaleiro Rio Grande, que está localizado na região do Super porto do Rio Grande. O Super Porto é faixa portuária com cerca de 10000m, entre o saco da mangueira e a Barra, limitado pelo canal e a estrada da Barra. Do lado oeste da estrada há uma grande área, pertencente ao governo, disponível à instalação de indústrias ou pavilhões de armazenamento que constituem o Distrito Industrial de Rio Grande. Hoje o complexo portuário de Rio Grande é o terceiro do Brasil em importância e o segundo em extensão, sendo, ainda, o principal porto do sul do país. Com a construção do dique seco do estaleiro, o primeiro de grande porte do país, e o projeto de aprofundamento do calado, há a perspectiva de um grande crescimento do complexo portuário de Rio Grande. Devido a este fato, e considerando o grande porte das obras existentes ou a serem instaladas, se torna importante o estudo contínuo, e mais completo, do solo desta região. 2 CLASSIFICAÇÃO DO SOLO DO DIQUE SECO DO ESTALEIRO RIO GRANDE A análise do tipo do solo do dique seco do Estaleiro Rio Grande foi feita em diversos pontos de sondagem. A seguir são analisados os dados obtidos dos ensaios feitos com material

2 recolhido, com amostradores tipo Shelby, em quatro desses furos (SP-C120, SP-C121, SP- C123 e SP-C134). Na Figura 1 apresentam-se as curvas granulométricas do material extraído desses quatro furos, na Figura 2 as frações de areia, argila e silte com a profundidade, e na Figura 3, o Gráfico de Casagrande. Analisando as curvas granulométricas se observa que na parte de cima e à esquerda no gráfico há predominância de argilas alta compressibilidade e plasticidade (35 e 38 metros), argilas siltosas entre as profundidades de 28 e 33 metros e argilas arenosas entre as profundidades de 14 e 22 metros. Figura 1. Curva granulométrica do Solo do Estaleiro Rio Grande Vale salientar que estas profundidades têm como referência o nível da água do mar, sendo na verdade a cota em relação a este nível. Consegue-se visualizar melhor, na Figura 2, essa tendência do solo aumentar o teor de silte e diminuir o de areia com o aumento da profundidade passando de argila arenosiltosa a argila siltosa. Profundidade (m) Granulometria x Profundidade Areia, Silte e Argila (%) ,64 14,94 15,05 16,03 20,97 21,1 28,05 28,23 30,07 30,53 32,04 32,29 Areia 35,22 Si l t e 36,7 Argila 37,31 Figura 2. Percentual de Areia, Silte e Argila x Profundidade Índice de plasticidade (%) Gráfico de Casagrande (Estaleiro Rio Grande) Limite de liquidez - wl (%) Linha A - IP = 0,73. (wl - 20) Linha B - wl = 50% 14,00 a 22,00m 28,00 a 33,00m 35,00 a 38,00m Figura 3. Gráfico de Casagrande relativo ao solo do Estaleiro Rio Grande Na Figura 4 mostra-se que para as argilas siltosas, entre as profundidades de 30 e 36 metros e 35 e 38 metros, a umidade natural do solo (w) varia pouco, ficando entre 29 e 33% e 43 e 50% respectivamente. Em ambos os casos o solo apresenta uma consistência média, onde é possível observar que a umidade natural está sempre em uma posição intermediária entre o limite de plasticidade (wp) e o limite de liquidez (wl). O mesmo não pode ser dito para a camada de argila arenosa, que apresenta uma grande variação na umidade relativa, entre 45 e 120%, e ora está próxima ao limite de plasticidade ora ultrapassa o limite de liquidez. No geral sua consistência pode ser considerada mole. Profundidade (m) wl, wp e wnat (%) IP wl (%) wp (%) w (%) Figura 4. Limites de Atterberg x profundidade

3 3 COMPRESSIBILIDADE DO SOLO DO DIQUE SECO DO ESTALEIRO RIO GRANDE As curvas obtidas através dos ensaios de adensamento realizados nas amostras de solo referentes aos furos de sondagem SPC-C 120, SPC-C 121, SPC-C 123 e SPC-C 134, são apresentadas na Figura 5, que engloba todos os ensaios realizados nas amostras extraídas dos quatro furos de sondagem em diversas profundidades. É possível verificar que na sua parte superior encontram-se as curvas que representam as camadas superficiais do solo, entre 14 e 22 metros de profundidade. O índice de vazios inicial (e 0 ), tanto quanto a sua variação (Δe) são mais elevados, indicando maior compressibilidade. Índice de vazios (e) 3,000 2,500 2,000 1,500 1,000 0,500 0,000 CURVA log σv x e (Profundidade) log σv (kpa) Argila Arenosiltosa (CH)- 17 a 25m Argila Siltosa (CL) - 30 a 36m Argila Siltosa (CH) - 37 a 41m Figura 5. Curvas da tensão vertical efetiva versus índice de vazios. Há uma tendência, para camadas de solos um pouco mais profundas, entre 27 e 33 metros, das curvas se posicionarem na parte inferior do gráfico. Este solo, como se pode deduzir observando as curvas acima, possui um índice de vazios inicial baixo, assim como uma baixa variação deste índice. Este fato pode ser indicativo da forte presença de areia na composição da camada argilosa (argila-areno siltosa). Por fim, analisando a camada de solo mais profunda, nota-se que as curvas tendem a se localizarem um pouco mais acima das curvas referentes à camada anterior, posicionando-se na parte intermediária do gráfico. Este solo apresenta um índice de vazios inicial (e 0 ) e sua variação (Δe) superiores do que os observados na camada anterior, mas inferiores aos obtidos na camada entre 14 e 22 metros. Nas Figuras 6(a), (b) e (c) pode-se observar melhor o índice de vazios iniciais e finais obtidos nos ensaios de adensamento para as argilas estudadas aqui. Uma conclusão, tirada a partir desta análise, é de que a classificação destas argilas quanto à compressibilidade, determinada pelo limite de liquidez e pelo índice de plasticidade (CH e CL), é corroborada nos ensaios de adensamento. Desta forma, as argilas classificadas como CH, camadas de solo de 14 a 22 metros e de 35 a 38 metros de profundidade, são mais compressíveis que a argila situada entre 27 e 33 metros que foi classificada como CL. A Tabela 1 apresenta a os valores das tensões de pré-adensamento (σ vm ), índices de compressão (C c ) e expansão (C S ), índice de vazios inicial (e 0 ), umidade natural (w) e deformação específica (ε v0 ). De acordo com Tabela 1 há, em geral, um aumento da tensão de pré-adensamento com a profundidade. Porém, para as amostras 03, 04, 05 e 12 não se verifica esse comportamento. É necessário, assim, que se analise a umidade natural (w), o índice de vazios inicial (e 0 ) bem como o índice de compressão Cc, que também são mais baixos que nas demais amostras, indicando um comportamento de argila arenosa, diferenciando-se assim do comportamento das argilas siltosas do local.

4 CURVA log σ v x e (14 a 22m) 3,0 CURVA log σ v x e (27,00 a 33,00m) 1,4 CURVA log σ v x e (35,00 a 38,00m) 1,6 Índice de vazios (e) 2,5 2,0 Índice de vazios (e) 1,2 1,0 Índice de vazios (e) 1,4 1,2 1,0 1,5 0,8 0,8 1,0 0,6 0,6 0, log σ v (kpa) 0, log σv (kpa) 0, log σ v (kpa) (a) (b) (c) Figura 6. Curvas log σ v x e para as três camadas de argila Tabela 1. Parâmetros de adensamento do solo do Estaleiro Amostra Profundidade w e 0 ε C v0 σ' vm (m) (%) (%) R (%) (kpa) C c C s 01 15,41 a 15,44 80,65 2,07 0,37 7, ,136 0, ,78 a 15,82 94,27 2,7 0,51 6, ,872 0, ,07 a 21,11 53,04 1,4 0,17 3, ,405 0, ,15 a 27,17 30,59 0,89 0,11 2, ,209 0, ,95 a 27,98 31,32 0,86 0,12 3, ,219 0, ,16 a 30,23 40,72 1,11 0,22 4, ,466 0, ,14 a 32,19 35,2 0,95 0,23 3, ,453 0, ,28 a 32,31 34,96 0,92 0,15 3, ,279 0, ,40 a 32,44 48,07 1,35 0,23 3, ,545 0, ,49 a 35,51 46,3 1,16 0,28 4, ,601 0, ,85 a 36,89 53,47 1,52 0,33 4, ,821 0, ,24 a 37,28 33,4 0,82 0,16 3, ,292 0,049

5 4 COMPARAÇÕES ENTRE OS SOLOS DO ESTALEIRO RIO GRANDE COM OS DO TECON. Como um dos objetivos deste trabalho é a comparação de solos ao longo do superporto do Rio Grande, os dados obtidos neste trabalho, para o solo do Estaleiro, serão confrontados com os dados obtidos para o solo do TECON apresentados por Dias e Kerstner (2003). Porcentagem passante (%) CURVA GRANULOMÉTRICA - CLASSIFICAÇÃO DO SOLO OH CH CL 0,001 0,01 0, Diâmetro dos grãos (mm) SM - 6,00 a 20,00m CL - 20,00 a 30,00m CH - 30,00 a 40,00m OH - >40,00m Figura 7. Curva granulométrica do Solo do TECON (Dias e Kerstner, 2003) 4.1 Nos ensaios de caracterização Em uma primeira análise encontram-se algumas diferenças entre os perfis. Na região do Estaleiro Rio Grande foi encontrada argila arenosa de alta compressibilidade (CH) na faixa de 14 e 22 metros de profundidade. Já a prospecção do solo da região do TECON (Figura 7) revelou a existência de areia siltosa na maior parte desta faixa de profundidade. Comparando-se as argilas siltosas destes dois depósitos de solo, pode-se notar semelhança entre eles. O subsolo do dique seco contém uma grande camada de argila siltosa entre 27 e 38 metros, este mesmo tipo de solo foi encontrado no TECON quando estudado por Dias e Kerstner (2003). Esta grande camada pode ser divida em duas subcamadas, de alta e baixa compressibilidade, onde também se encontram semelhanças. A camada de alta compressibilidade (CH) no subsolo do dique seco se situa entre 27 e 33 metros e no solo do TECON entre 20 e 30 metros, e a camada de baixa compressibilidade (CL) na região do dique está presente entre 35 e 38 metros de profundidade. Na região do TECON se encontra este mesmo solo nesta profundidade. SM O que determina a classificação de um solo fino como de alta ou baixa plasticidade e compressibilidade é o seu limite de liquidez (wl). O divisor na classificação é linha wl = 50%. Comparando as Tabelas 2 e 3, se conclui que mesmo as argilas sendo classificadas igualmente quanto à compressibilidade, se definidas pelo limite de liquidez (wl), apresentam valores de limites de Atterberg muito diferentes de uma região para outra. Assim, argilas siltosas CH e CL, referentes ao solo do dique seco, apresentaram índices de plasticidade (IP) superiores ou inferiores aos verificados para estes mesmos tipos de argilas no subsolo da região do TECON. Tabela 2. Limites de Atterberg relativos ao solo da região do TECON. Profundidade (m) wl wp (%) IP (%) (%) 28,00-28, ,00-29, ,00-30, ,00-31, ,00-32, ,00-33, ,00-34, ,00-35, ,00-36, ,00-37, ,00-38, Tabela 3. Limites de Atterberg relativos ao solo da região do Estaleiro Rio Grande. Profundidade (m) wl wp (%) IP (%) (%) 28,05-28, ,23-28, ,95-30, ,07-30, ,35-30, ,53-30, ,83-32, ,04-32, ,14-32, ,19-32, ,29-32, ,03-35, ,22-35, ,32-35, ,70-36, ,74-36, ,31-37,

6 Também fica evidente, conforme a Figura 8, que em ambos os depósitos de solo a relação IP x wl se distribui muito próxima a Linha A. Índice de plasticidade (%) Gráfico de Casagrande (TECON x Estaleiro Rio Grande) Limite de liquidez - wl (%) Linha A - IP = 0,73. (wl - 20) Linha B - wl = 50% Estaleiro Rio Grande TECON Figura 8. Comparação da plasticidade dos depósitos do Dique Seco e do TECON 4.2 Nos ensaios de Adensamento Comparando as Tabelas 4 e 5, nota-se que a argila da região do TECON apresenta um maior índice de compressão quando se analisam as argilas siltosas CH de ambas as regiões (na região do Estaleiro Rio Grande entre 37 e 41 metros, e do TECON entre 30 e 40 metros de profundidade). A argila de alta compressibilidade da região do TECON tem índice de compressão médio igual a 0,914 e argila do depósito do Estaleiro igual a 0,57. Diferenças de comportamento importantes são apontadas para a região do Estaleiro, pois ao analisar os valores de índices de compressão e de expansão, são observados valores muito baixos (entre 0,2 e 0,3 para Cc), o que confirma o comportamento mais arenoso destas amostras. Para as amostras relativas às argilas CH, arenosas entre 14 e 22 metros de profundidade e siltosas entre 32 e 37 metros, estes índices são mais elevados. No entanto para as amostras relativas à argila siltosa CL os índices de compressibilidade são baixos, indicando que este solo é menos compressível do que anteriores. Isto não ocorre na região do TECON. Analisando a Figura 9.b, que mostra a curva log σ v x e da região do TECON entre 28 e 40 metros, onde se localizam as argilas siltosas de alta compressibilidade (CH). Verifica-se que estas argilas possuem os índices de vazios iniciais superiores aos das argilas siltosas CH do depósito do Estaleiro Rio Grande, o que também pode ser observado comparando as tabelas 3 e 4. Da mesma figura conclui-se também, que estas argilas são mais compressíveis, que as da região do Estaleiro, pois apresentam uma maior variação dos índices de vazios quando submetidas às mesmas tensões efetivas. Isto fica evidente na Figura 9.c, que reúne as curvas log σ v x e de ambos os solos. Profundidade (m) Tabela 4. Parâmetros de adensamento do solo do TECON e0 CR εv0 (%) σ'vm (kpa) 28,00 a 28,90 1,4 0,3 8,50% 240 0,71 29,00 a 29,80 1,43 0,33 3,80% 440 0,8 30,00 a 30,70 1,47 0,37 4,80% 400 0,92 32,00 a 32,60 1,57 0,33 9,00% 260 0,86 33,00 a 33,40 1,63 0,31 12% 190 0,82 35,00 a 35,65 1,52 0,36 8,80% 340 0,9 36,00 a 36,65 1,63 0,35 12% 240 0,91 37,00 a 37,63 1,65 0,3 18% 145 0,98 38,00 a 38,50 1,55 0,41 7,80% 460 1,05 40,00 a 40,78 1,74 0,43 8,80% 340 1,19 Cc

7 Figura 9. Curvas log σ v x e dos depósitos do Estaleiro Rio Grande (a), do TECON (b) e de ambos (c) 5 CORRELAÇÕES ESTATÍSTICAS As correlações estatísticas têm sido propostas por diversos autores (Terzaghi e Peck; 1967; Dias, 1993; Coutinho 2001; Dias e Kerstner 2003), com o objetivo de determinar os parâmetros de adensamento, que são obtidos em de ensaios demorados, através de outros parâmetros do solo, que são obtidos com ensaios mais simples e rápidos (w, wl e 0 ). Neste trabalho serão apresentadas as correlações Cc x w, Ccx e 0, Cs x w e Cs x e 0, e então comparadas com as obtidas por Dias e Kerstner (2003) para a região do TECON e por Coutinho (2001) para as argilas de Pernambuco. Nota-se nas Figuras 10 e 11 que existe uma boa correlação entre o Índice de Compressão e a Umidade Natural, e entre o Índice de Compressão e o Índice de Vazios respectivamente. Estes dois gráficos mostram que o Índice de Compressão aumenta à medida que aumenta a Umidade e o Índice de vazios. Analisando as Figuras 12 e 13 constata-se que não há uma boa correlação entre o Índice de Expansão e a Umidade natural, e entre o mesmo e o Índice de Vazios. Também pode ser constatado o aumento do Índice de Expansão quando os valores da umidade dos vazios aumentam, sendo que o aumento com relação à umidade é pequeno (pouco sensível à variação da umidade).

8 C c 2,0 1,6 1,2 0,8 C c x w CC = 0,022w 0,496 R 2 = 0,911 0,4 0, w (%) Figura 10. Correlação entre umidade e Índice de Compressão. C c 2,0 1,6 1,2 0,8 0,4 0,0 C c x e 0 CC = 0,820e0-0,468 R 2 = 0, ,5 1 1,5 2 2,5 3 e 0 Figura 11. Correlação entre o Índice de Vazios e Índice de Compressão. C S 0,20 0,15 0,10 C S x w CS= 0,0008w 0,496 R 2 = 0,271 0,05 0, w (%) Figura 12. Correlação entre umidade e Índice de Expansão.

9 C S 0,12 0,10 0,08 0,06 C S x e 0 CS= 0,024e0-0,025 R 2 = 0,213 0,04 0,02 0,00 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 e 0 Figura 13. Correlação entre o Índice de Vazios e Índice de Expansão. Devido ao fato de as correlações mostradas nas Figuras 12 e 13 não serem boas, optou-se por excluir os pontos que estavam mais dispersos da linha de tendência. Em ambas as figuras foram escolhidos os pontos com Índice de expansão iguais a 0.057, e As correlações corrigidas estão apresentadas nas Figuras 14 e 15. 0,20 CS x w CS 0,15 0,10 CS= 0,001w 0,015 R 2 = 0,776 0,05 0, w (%) Figura 14. Correlação corrida entre umidade e Índice de Expansão.

10 0,12 0,10 0,08 C S x e 0 CS= 0,056e0-0,017 R 2 = 0,740 C S 0,06 0,04 0,02 0,00 0 0,5 1 1,5 2 2,5 e 0 Figura 15. Correlação corrigida entre o Índice de Vazios e Índice de Expansão. Com estas correções houve um aumento de aproximadamente três vezes entre os coeficientes de correlação anteriores e os coeficientes corridos. As tabelas 5, 6 e 7 apresentam as equações referentes às correlações entre estes parâmetros obtidas para o solo em estudo neste trabalho, para o solo do TECON (Dias e Kerstner, 2003) e do solo de Pernambuco (Coutinho et al., 2001). Analisando as equações obtidas para as diversas correlações, nota-se que os solos do TECON e do Dique Seco apresentaram um comportamento semelhante quanto à variação do Índice de Compressão (Cc) com o índice de vazios (equações muito parecidas). Esta é a única semelhança encontrada entre as correlações obtidas para os três solos comparados. As demais correlações diferem significativamente de solo para solo, conseguese observar isto simplesmente analisando as características das equações. Tabela 5. Correlações estatísticas obtidas por Coutinho et al. (2001). Correlação Argila Siltosa de Recife (Coutinho et al.,2001) Equação r 2 C C x w(%) C C = 0,004W(%) + 1,738 ± 0,54 0,52 C C x e 0 C c = 0,586e 0-0,165 ± 0,25 0,84 C S x w (%) C s = 0,0019W(%) + 0,0043 ± 0,04 0,81 C S x e 0 C s = 0,0084e 0-0,0086 ± 0,04 0,80 Cc x LL - - Tabela 6. Correlações estatísticas obtidas por Dias e Kerstner (2003). Correlação Argila Siltosa do depósito de TECON (2003) Equação r 2 C C x w(%) C c = 0,012w(%) + 0,2553 0,75 C C x e 0 C c = 0,8539e 0-0,479 0,89 C S x w (%) C s = 0,0078w(%) - 0,2885 0,99 C S x e 0 C s = 0,3175e 0-0,3516 0,94 Cc x LL Cc = 0,0093(LL + 20,2) 0,79

11 Tabela 7. Correlações estatísticas obtidas neste estudo. Argila do depósito do Dique Seco do Estaleiro Rio Correlação Grande Equação r 2 C C x w(%) C c = 0,022w(%) - 0,496 0,91 C C x e 0 C c = 0,820e 0-0,468 0,94 C S x w (%) C s = 0,001w(%) - 0,015 0,78 C S x e 0 C s = 0,056e 0-0,017 0,74 Cc x LL CONCLUSÕES Neste trabalho, foram apresentados os dados do solo da região onde está sendo construído o dique seco do Estaleiro Rio Grande. Estes dados foram comparados com dados de outros solos (principalmente o depósito da região do TECON, também em Rio Grande). Comparando os resultados obtidos em dois sítios de uma mesma região do superporto do Rio Grande, distando cerca de 3 km, ou seja, no Terminal de Contêineres e no Estaleiro, os parâmetros do solo em termos de classificação e compressibilidade podem apresentar algumas diferenças. Há uma tendência dos solos de perfis mais afastados da linha de praia atual serem menos compressíveis que os solos de perfis mais próximos à praia, indicando influências da histórica geológica dos sedimentos quaternários. Foi feita, também, a comparação com o solo de outra local da costa brasileira (Recife), confrontando as correlações entre os índices físicos com os parâmetros de adensamento. As correlações para os solos de Rio Grande apresentaram melhor comportamento estatístico que outras apresentadas para o Recife. AGRADECIMENTOS Os autores agradecem à W TORRE Eng. pela oportunidade de estudo de dados de ensaios da obra do dique-seco do Estaleiro Rio Grande. REFERÊNCIAS Dias, C. R. R. e Kerstner, V. W. T. (2003), Argila Siltosa Orgânica do Porto de Rio Grande Parâmetros de Laboratório Coutinho, R. Q.; Oliveira, J. T. R.; Oliveira, A. T. J. (2001), Geotechnical Properties of Recife Soft Clays, Encontro Propriedades de Argilas Moles Brasileiras, UFRJ/COPPE, pp Dias, C. R. R. (2001), Parâmetros Geotécnicos e a Influência dos Eventos Geológicos Argilas Moles de Rio Grande/RS, Encontro Propriedades de Argilas Moles Brasileiras, UFRJ/COPPE, pp Marques, M. E. S. e Lacerda W. A. (2004), Caracterização geotécnica de um depósito argiloso marinho em Navegantes/SC, IV Simpósio de Prática de Engenharia Geotécnica da Região Sul GEOSUL, UFPR/PPGCC, PP Schnaid, F. (2000), Ensaios de campo e suas aplicações à Engenharia de Fundações, Oficina de textos Pinto, Carlos de Souza de (2000), Curso Básico de Mecânica dos Solos 3ª edição, Oficina de textos